缺陷是材料科學中重要且普遍的研究對象，直接影響晶體材料的光學、電學、磁學、力學、熱學等特性。對于某些過渡金屬氧化物如氧化鎢、氧化鉬、氧化鈮等，氧空位更易導致Wadsley缺陷的形成，即晶體學剪切面，而不是點缺陷。Wadsley缺陷是特殊的面缺陷。它的典型特征是由共享邊八面體和三維開放孔道組成的特殊結構。這種結構可以為鋰離子提供便捷的擴散路徑和較大的存儲空間。因此，較多基于剪切結構的氧化物具有高容量、快速充放電和長期循環(huán)壽命的特點，可用作高效的離子電池陽極材料。此外，在具有剪切結構的非化學計量鎢氧化物中存在大量的氧空位，能夠直接改變材料的帶隙、電導率以及催化活性和穩(wěn)定性。目前，已有較多工作研究了Wadsley缺陷的形成機制，并推測出包括有序剪切模型、位錯增殖模型、發(fā)卡增殖模型等在內的諸多模型。然而，這些工作均是基于非實時原位觀察的表征結果，屬于推測的模型。因此，原位研究剪切結構的形成不僅有助于探討這類特殊缺陷結構的形成過程，而且可能發(fā)現(xiàn)其他新的形成機制。

　　近日，中國科學院理化技術研究所公共技術中心利用球差校正透射電子顯微鏡和原位加熱樣品桿在原子水平上探究了氧化鎢晶體學剪切面的形成過程，系統(tǒng)地研究了不同生長階段剪切面的原子結構，并通過理論計算揭示了不同剪切相氧化鎢的能量穩(wěn)定性和電子特性。此外，利用電子束還對剪切面的生長行為進行了有效的調控，形成了特殊的V字型剪切結構。

　　該研究展示了晶體學剪切面的缺陷誘導特性，為可控制備具有剪切結構的非化學計量氧化物提供了思路。相關研究成果以Defect-Mediated Growth of Crystallographic Shear Plane為題，發(fā)表在Small上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、中國科學院青年創(chuàng)新促進會、中國科學院儀器功能開發(fā)項目等的支持。

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圖1. 原位球差透射電鏡研究WO3晶體學剪切面的形成動力學過程

圖2. 剪切結構熱力學穩(wěn)定性和形成動力學過程相關理論計算