原位电化学锂化过程中ZnO纳米线的跨越式开裂和纳米非晶化

纳米列托人。DOI:10.1021 / nl201376j

采用原位透射电镜观察了锂离子纳米电池结构中单氧化锌纳米线电极的锂化反应。在第一次带电时，单晶NW通过一个有趣的反应机制转化为具有多个玻璃纳米结构域的纳米玻璃(H. Gleiter, MRS Bulletin 34(2009) 456)。首先，晶体NW的部分锂化在主锂化锋前方约70 nm处产生多条纳米裂纹，这些纳米裂纹贯穿NW截面，将NW划分为多个段。随后是Li+的快速表面扩散和沿开放裂纹表面的固态非晶化。最后，裂缝表面合并，留下一个玻璃-玻璃界面(GGI)。这种反应锋的不稳定性也会在每个分割段的内部重复，进一步将NW细分为不同的纳米玻璃域(纳米非晶化)。与SnO2 NWs中出现的大量位错塑性不同(Science 330(2010) 1515)，没有看到位错，上述纳米裂纹是ZnO中电化学驱动的固态非晶化的主要前驱体。从头算拉伸脱黏计算证实了ZnO中明显的锂脆效应，而SnO2中没有。这是由于Sn阳离子(Sn(IV)， Sn(II))的同价性与电子刚性更强的Zn(II)阳离子形成对比。