[科普中国]-离子转换数

离子转换数是应用于电化学体系中的专有名词，描述电场作用下锂离子的嵌入和析出，也与其结构相变及物性息息相关，进而影响锂离子电池的储能性能及材料体系的物理特性。

背景简介通过电场诱导氧化物结构转换， 进而调控其物性， 扩展其应用， 是材料科学研究历久弥新的一项主题。在电介质中， 外电场能在Pb(Mg1/3Nb2/3)O3单晶中诱导铁电性，亦能在VO2薄膜中诱导金属绝缘体相变; 在多铁材料中，电场能在翻转(LuFeO3)m/(LuFe2O4)n超晶格铁电极化的同时翻转其磁矩， 实现磁电耦合；在电化学体系中( 如LiFePO4，FeSe和TaS2等)， 电场作用下锂离子的嵌入和析出也与其结构相变及物性息息相关， 进而影响锂离子电池的储能性能及材料体系的物理特性。

研究发展运用电化学手段调控材料物性可以追溯到20世纪50年代。近年来， 通过离子液体或固体电解质门电压诱导电子相变已经成为研究前沿与热点， 在金属绝缘体相变、磁性、超导体和二维材料中均有应用.但以往研究大多集中于利用离子液体产生的静电效应. 于浦课题组这一工作的意义在于将电化学效应与离子液体调控进行耦合， 并突破了前人利用电化学调控单一离子的局限， 实现了可控的电致双离子嵌入析出， 从而极大丰富了该材料体系的物理内涵、提升了可调控的自由度和相空间、扩展了其潜在的应用范围， 意义十分重大。此外该调控方法通过材料中电场控制的H+离子插入获得了全新物相， 蕴含着广泛的科学与应用潜力。基于此调控方法， 于浦课题组最近在WO3体系中也实现了电场控制下H+诱导的可逆绝缘体-金属和结构相变， 证明了离子调控在功能材料研究中的有效性和普遍性。

研究原理与内容工作是基于激光脉冲沉积的具有钙铁铝石结构的高质量SrCoO2.5单晶外延薄膜， 并通过离子液体施加门电压调控氧化物薄膜的结构与性能。他们发现， 在正的门电压作用下， 氢离子注入薄膜， 导致钙铁铝石结构的SrCoO2.5转换为此前未知的HSrCoO2.5， 而逆相变则在反向负电压作用下发生. 进一步增加负的门电压，使得氧离子注入薄膜， 则会导致钙铁铝石结构的SrCoO2.5转换为钙钛矿结构的SrCoO3， 而相应的逆相变则发生在反向的正门电压下。因此， 于浦课题组巧妙地通过双离子选择性嵌入和析出， 实现了SrCoO2.5三态转变。伴随此结构相变， 薄膜光学性能也发生很大的变化， 从透明的HSrCoO2.5转换至半透明的 SrCoO2.5， 再到不透明的SrCoO3，均可以通过门电压可逆实现。1

本词条内容贡献者为:

黎明 - 副教授 - 西南大学