Struktury nanokrystaliczne w układzie V O: wytwarzanie i właściwości

Marta Prześniak-Welenc

Struktury nanokrystaliczne w układzie V O: wytwarzanie i właściwości

Abstract

Tlenki wanadu charakteryzują się ogromną różnorodnością właściwości fizycznych i chemicznych, dzięki czemu w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat były intensywnie badane. Właściwości te wynikają bezpośrednio z możliwych struktur jakie mogą przyjmować tlenki wanadu. W układzie V–O można otrzymać wiele różnych związków, przy czym do głównych tlenków wanadu zalicza się V2O5, VO2, V2O3 oraz VO, w których wanad znajduje się odpowiednio na V5+, V4+, V3+ oraz V2+ stopniu utlenienia. Pozostałą grupę tworzą tlenki o składzie pośrednim do których zalicza się fazy Magnéli i Wadsleya. Na właściwości tlenków wanadu oprócz struktury wpływ ma także rozmiar krystalitów. Nanostruktury tlenków wanadu wykazują często bardziej interesujące i przydatne właściwości niż ich odpowiedniki w formie objętościowej, przez co są one rozpatrywane pod względem zastosowań w wysoce funkcjonalnych urządzeniach. Dlatego też, obecnie dąży się do otrzymywania właśnie nanokrystalicznych struktur tlenków wanadu. Do najbardziej popularnych metod wytwarzania tlenków wanadu należą: metoda hydrotermalna, metoda zol żel, elektrospining oraz napylanie magnetronowe. Jednakże większość dotychczas opracowanych procedury pozwala na otrzymywanie jedynie jednego konkretnego tlenku wanadu. W niniejszej pracy podjęto próbę opracowania metody otrzymywania różnych tlenków wanadu metodą zol żel poprzez zmianę wybranych parametrów syntezy. Metodę tę wybrano ponieważ wydaje się ona być najbardziej optymalna do otrzymywania stechiometrycznych tlenków wanadu o jednorodnej strukturze. Badania wykazały, że możliwe jest otrzymanie różnych struktur nanokrystalicznych w układzie V–O z jednego materiału wyjściowego, poprzez zmianę parametrów syntezy takich, jak: temperatura i atmosfera wygrzewania. W formie objętościowej otrzymano trzy spośród czterech głównych tlenków wanadu (V2O5, VO2, V2O3). W formie cienkowarstwowej otrzymano natomiast V2O5, VO2 oraz V6O13. Ze względu na szerokie spektrum zastosowań pentatlenku diwanadu w przemyśle, w pracy skupiono się przede wszystkim na właściwościach otrzymanych nanostruktur V2O5. Wytworzone nanostruktury V2O5 cechowały się podobnymi właściwościami elektrycznymi oraz mechanicznymi jak monokryształ V2O5. Ponadto badania wykazały, że mogą one znaleźć potencjalne zastosowanie w bateriach Li ion. Ogniwa z tymi nanostrukturami jako materiałem aktywnym cechują się lepszą stabilnością cykliczną niż większość podobnych struktur prezentowanych w literaturze.