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單一手性碳納米管范德華晶體
近日，上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院史志文教授、梁齊教授與合作者在《Science》上發(fā)表題為“Homochiral carbon nanotube van der Waals crystals"的研究論文，論文以First Release的形式在Science網(wǎng)站提前在線(xiàn)發(fā)表。該研究開(kāi)發(fā)了一種制備碳納米管陣列的全新方法，成功實(shí)現(xiàn)了單一手性平行密排碳納米管陣列的直接生長(zhǎng)，得到了碳納米管范德華晶體結(jié)構(gòu)，并演示了所制備的碳納米管陣列可用于制造高性能場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件。
研究顯示，通過(guò)催化化學(xué)氣相沉積（CVD）方法在hBN基底上生長(zhǎng)SWNT陣列，達(dá)到了高對(duì)準(zhǔn)和手性一致性。分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果表明，這種自組裝生長(zhǎng)機(jī)制主要由SWNT之間的范德華吸引力以及SWNT在原子平滑hBN基底上的超低滑動(dòng)摩擦力驅(qū)動(dòng)。由所生長(zhǎng)的SWNT陣列制作的場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）在室溫下表現(xiàn)出高性能，遷移率高達(dá)每伏每秒2000平方厘米，開(kāi)關(guān)比達(dá)到10^7，最大電流密度約為每微米6毫安。
單壁碳納米管（SWNT）因其超高載流子遷移率、優(yōu)異的熱導(dǎo)率和納米級(jí)尺寸，是下一代電子材料的有力候選者。本研究通過(guò)在hBN基底上直接生長(zhǎng)二維（2D）密集排列的SWNT陣列的方法，解決了傳統(tǒng)CVD方法中的手性選擇性、去除組裝后表面活性劑和聚合物以及減少陣列對(duì)準(zhǔn)中的捆綁和無(wú)序等方面的挑戰(zhàn)。
SWNT的橫截面樣品由雙束電鏡Scios 2制備。Titan ChemiSTEM配備的球差校正器獲得的原子尺度下SWNT在hBN基底上的高分辨圖像可測(cè)量得出納米管之間的間隔為0.33nm。
圖：密集排列的SWNT二維陣列結(jié)構(gòu)。（A,B,C,D）AFM圖像（E）SWNT示意圖 (F) SWNT橫截面STEM圖像
新型石墨烯-聚合物增強(qiáng)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)提高太陽(yáng)能電池耐久性
近日，華東理工大學(xué)材料學(xué)院清潔能源材料與器件團(tuán)隊(duì)侯宇教授、楊雙教授等在《Science》發(fā)表了題為“Graphene-polymer reinforcement of perovskite lattices for durable solar cells"的最新研究成果。該研究發(fā)現(xiàn)了鈣鈦礦光伏不穩(wěn)定性的關(guān)鍵機(jī)制——光機(jī)械誘導(dǎo)分解效應(yīng)，提出石墨烯-聚合物機(jī)械增強(qiáng)鈣鈦礦材料的新方法，制備的太陽(yáng)能電池器件在標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光照及高溫下的T97工作壽命創(chuàng)下3670小時(shí)新紀(jì)錄，該研究成果將為鈣鈦礦太陽(yáng)電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供全新解決方案。
該研究揭示了在電場(chǎng)、溫度和光照的作用下，鈣鈦礦薄膜的晶格變形和結(jié)構(gòu)演變是限制太陽(yáng)能電池操作耐久性的主要原因。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)在鈣鈦礦薄膜中引入石墨烯和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）增強(qiáng)界面，顯著提高了薄膜的硬度和模量。具體來(lái)說(shuō)，單層石墨烯和PMMA的協(xié)同效應(yīng)可以減少光致晶格膨脹，并將變形率從0.31%減少到0.08%。這種方法不僅最大限度地減少了由于晶格動(dòng)態(tài)演變引起的結(jié)構(gòu)損傷，還物理地保護(hù)了薄膜，阻止了移動(dòng)物質(zhì)的橫向擴(kuò)散。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在90℃、AM 1.5 G全光譜光照下，包含石墨烯-PMMA界面的太陽(yáng)能電池在最大功率點(diǎn)跟蹤操作3670小時(shí)后，仍保持超過(guò)97%初始光電轉(zhuǎn)換效率。這一顯著的耐久性展示了該機(jī)械增強(qiáng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用中的巨大潛力。
Talos F200X 在STEM模式下獲取了高分辨的石墨烯-聚合物耦合界面橫截面HAADF圖，其配備的先進(jìn)的鏡筒內(nèi)Super-X能譜探測(cè)器獲得原子尺度下石墨烯-聚合物耦合界面的元素分布信息。
圖：?jiǎn)螌邮?鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)的制備。(A) 光照誘發(fā)鈣鈦礦晶體轉(zhuǎn)變 （B）轉(zhuǎn)移過(guò)程示意圖 (C) 掃描電鏡圖（D）拉曼光譜圖 (E) 拉曼相圖 (F) 石墨烯-聚合物耦合界面橫截面示意圖和透射電鏡圖 （G）高分辨透射電鏡圖 （H）HADDF圖和相應(yīng)的元素面分布圖
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