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Epitaxial growth of visible to infra-red transparent conducting In(2)O(3) nanodot dispersions and reversible charge storage as a Li-ion battery anode.

リチウムイオン電池陽極として(2)O(3)ナノ点分散とリバーシブルな充電記憶装置においてインフラ赤透明な実行することに見えるもののエピタキシャル成長。

Published date

2013-1-22

Journal

Nanotechnology. 2013; 24; 065401;

Author

M Osiak, W Khunsin, E Armstrong, T Kennedy, C M Sotomayor Torres, K M Ryan, C O'Dwyer

Affiliation

Department of Chemistry, University College Cork, Cork, Ireland.

Abstract

Unique bimodal distributions of single crystal epitaxially grown In(2)O(3) nanodots on silicon are shown to have excellent IR transparency greater than 87% at IR wavelengths up to 4 μm without sacrificing transparency in the visible region. These broadband antireflective nanodot dispersions are grown using a two-step metal deposition and oxidation by molecular beam epitaxy, and backscattered diffraction confirms a dominant (111) surface orientation. We detail the growth of a bimodal size distribution that facilitates good surface coverage (80%) while allowing a significant reduction in In(2)O(3) refractive index. This unique dispersion offers excellent surface coverage and three-dimensional volumetric expansion compared to a thin film, and a step reduction in refractive index compared to bulk active materials or randomly porous composites, to more closely match the refractive index of an electrolyte, improving transparency. The (111) surface orientation of the nanodots, when fully ripened, allows minimum lattice mismatch strain between the In(2)O(3) and the Si surface. This helps to circumvent potential interfacial weakening caused by volume contraction due to electrochemical reduction to lithium, or expansion during lithiation. Cycling under potentiodynamic conditions shows that the transparent anode of nanodots reversibly alloys lithium with good Coulombic efficiency, buffered by co-insertion into the silicon substrate. These properties could potentially lead to further development of similarly controlled dispersions of a range of other active materials to give transparent battery electrodes or materials capable of non-destructive in situ spectroscopic characterization during charging and discharging.

 

シリコンの上で(2)O(3)ナノ点ではエピタキシャルに大きくなる単結晶のユニークな二頂分布は、可視部で透明度を犠牲にすることなく4μmまでIR波長で87%より大きい優れたIR透明度を持つことが示される。
これらのブロードバンド非反射的ナノ点分散は分子線エピタキシーによってツーステップ金属堆積と酸化を使用して大きくなる、そして、後方散乱された回折は優位な(111)表面方向を確認する。
我々は、(2)O(3)屈折率において有意の減少を入れている間、良好な表面報道(80%)を容易にする二頂サイズ分布の成長を詳述する。
この固有の分散は薄層塗抹標本と比較して優れた表面範囲と3次元容積測定展開を提供する、そして、バルク能動物質またはランダムに多孔性コンポジットと比較した屈折率のステップ減少が、より密接に電解質の屈折率に合致するために、透明度を改善する。
完全に熟すとき、ナノ点の(111)表面方向はIn(2)O(3)とSi面の間に最小限の格子の不適当な組合せ株を許す。
これは、リチウムへの電気化学的縮小によるボリューム収縮または結石i動作の間の展開に起因して弱って界面可能性を迂回するのを助ける。
potentiodynamic条件の下の循環はナノ点の透明な陽極が良好なCoulombic効率と可逆的にリチウムの合金をつくることを示す。
そして、シリコン基板への共同挿入によって緩衝される。
これらの特性は、充電および放電の間、透明な殴打暴行に非破壊の元の位置の分光器特徴描写ができる電極または材料を与えるために、他の能動物質の範囲の同じように制御された分散の更なる発達に、潜在的につながることができた。


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