材料研究是一(yī)個非常廣泛的範圍，如果你的研究方向與當前的市場需求十分(fēn)契合，是可以做出很多推進民生(shēng)、實現産業化的工(gōng)作。顯示領域的巨頭三星、京東方、UDC，半導體(tǐ)行業的領頭羊台積電(diàn)、英特爾，塗料方向的常青樹(shù)阿克蘇諾貝爾在這篇文章裏面帶你看看材料領域的産學研。
在石墨烯、鈣钛礦無數次登上頂刊的時候，在材料類期刊影響因子一(yī)年更比一(yī)年高的時候，在學校裏面科研的材料人卻無數次在材料人後台回複“工(gōng)作好難找”。事實上，材料研究是一(yī)個非常廣泛的範圍，如果你的研究方向與當前的市場需求十分(fēn)契合，是可以做出很多推進民生(shēng)、實現産業化的工(gōng)作。顯示領域的巨頭三星、京東方、UDC，半導體(tǐ)行業的領頭羊台積電(diàn)、英特爾，塗料方向的常青樹(shù)阿克蘇諾貝爾在這篇文章裏面帶你看看材料領域的産學研。1.三星先進技術研究院&斯坦福大(dà)學Science：超表面驅動的OLED顯示屏每英寸超過10000像素
光學超表面開(kāi)始進入集成設備，可以增強和控制光波的發射、調制、動态整形和檢測。在這項研究中(zhōng)，三星先進技術研究院&斯坦福大(dà)學發現有機發光二極管（OLED）顯示器的體(tǐ)系結構可以通過引入納米圖案的超表面反射鏡而完全重新設想。 在最終的meta-OLED顯示器中(zhōng)，不同的metasurface圖案定義了紅色，綠色和藍(lán)色像素，并确保從有機白(bái)色發光體(tǐ)中(zhōng)優化提取這些顔色。這種新的體(tǐ)系結構有助于創建使用可縮放(fàng)納米壓印光刻技術的新興顯示應用（例如增強現實）所需的超高像素密度（每英寸> 10000像素）的設備。相對于标準的彩色濾光白(bái)色OLED，所制造的像素還具有兩倍的發光效率和出色的色純度。Metasurface-driven OLED displays beyond 10000 pixels per inch.(Science, 2020, DOI:10.1126/science.abc8530)2.三星先進技術研究院Nature：高效穩定的藍(lán)色量子點發光二極管
使用量子點對精确的顔色信息進行可視化已經探索了數十年，并且采用環保材料的商(shāng)業産品目前可以用作背光源。然而，基于量子點的下(xià)一(yī)代電(diàn)緻發光顯示器需要開(kāi)發有效且穩定的無镉的藍(lán)光發射裝置，由于藍(lán)光發射材料的光物(wù)理性能較差，這仍然是一(yī)個挑戰。三星先進技術研究院介紹了ZnSe基藍(lán)色發光量子點的合成。作者發現氫氟酸和氯化鋅添加劑可通過消除ZnSe晶體(tǐ)結構中(zhōng)的堆垛層錯而有效提高發光效率。另外(wài)，通過液體(tǐ)或固體(tǐ)配體(tǐ)交換的氯化物(wù)鈍化導緻緩慢(màn)的輻射複合，高的熱穩定性和有效的電(diàn)荷傳輸性質。文章在發光二極管中(zhōng)構造了具有梯度氯化物(wù)含量的雙量子點發射層，以促進空穴傳輸，并且所得器件在理論極限下(xià)顯示出效率，高亮度和長使用壽命。作者認爲高效、穩定的藍(lán)色量子點發光器件可以促進使用量子點的電(diàn)緻發光全色顯示器的開(kāi)發。Efficient and stable blue quantum dot light-emitting diode.(Nature, 2020, DOI:10.1038/s41586-020-2791-x)3.UDC Nature：等離(lí)子增強有機發光器件的穩定性和亮度
研究固體(tǐ)材料中(zhōng)電(diàn)磁波和自由電(diàn)子的共振相互作用的等離(lí)激元理論領域，由于等離(lí)激元材料中(zhōng)通常會發生(shēng)大(dà)量損耗，因此尚未投入大(dà)規模商(shāng)業應用。由于其良好的色彩飽和度，通用的形狀因數和低功耗，有機發光器件（OLED）已被并入數十億個商(shāng)業産品中(zhōng)，但在效率和穩定性方面仍可以得到改善。盡管結合了有機熒光粉的OLED實現了内部的電(diàn)荷到光的統一(yī)轉換，但它們的折射率對比卻将設備外(wài)光子的可觀察部分(fēn)降低了約25％。此外(wài)，在OLED操作期間，緩慢(màn)衰減的三重态激子和電(diàn)荷的局部累積會在稱爲老化的過程中(zhōng)逐漸降低設備的亮度，這可能會導緻顯示屏出現“烙印”現象。同時提高設備效率和穩定性對于OLED技術至關重要。美國UDC（Universal Display Corporation）演示了一(yī)種OLED，它利用等離(lí)子體(tǐ)系統的衰減率提高來提高設備穩定性，同時通過結合基于納米粒子的外(wài)耦合方案從等離(lí)子體(tǐ)激元模式中(zhōng)提取能量來保持效率。使用原型磷光發射器，可以在與參考常規設備相同的亮度下(xià)将操作穩定性提高兩倍，同時還可以從等離(lí)激元模式中(zhōng)提取16％的能量作爲光。這個工(gōng)作提高OLED穩定性的方法避免了特定于材料的設計，并且适用于當前用于照明面闆，電(diàn)視和移動顯示器的所有商(shāng)用OLED。Plasmonic enhancement of stability and brightness in organic light-emitting devices.(Nature, 2020, DOI:10.1038/s41586-020-2684-z)4.台積電(diàn)&台灣陽明交通大(dà)學&萊斯大(dà)學Nature：Cu(111)上的晶圓級單晶六方氮化硼六方氮化硼單層
超薄二維（2D）半導體(tǐ)層狀材料爲擴展摩爾定律在集成電(diàn)路中(zhōng)的晶體(tǐ)管數量提供了巨大(dà)的潛力。2D半導體(tǐ)的一(yī)個主要挑戰是避免從相鄰的電(diàn)介質形成電(diàn)荷散射和捕獲位點。六方氮化硼（hBN）的絕緣範德華層提供了出色的界面電(diàn)介質，有效地減少了電(diàn)荷散射。最近的研究表明，在熔融金表面或塊狀銅箔上單晶hBN薄膜的生(shēng)長。然而，由于熔融金的高成本，交叉污染以及過程控制和可擴展性的潛在問題，因此不被工(gōng)業所青睐。銅箔可能适用于卷對卷工(gōng)藝，但不太可能與晶圓上的先進微電(diàn)子制造兼容。因此，可靠的直接在晶圓上生(shēng)長單晶hBN薄膜的方法将有助于在工(gōng)業中(zhōng)廣泛采用2D層狀材料。先前在Cu（111）金屬上生(shēng)長hBN單層的嘗試未能實現單取向，當這些層合并成flms時會導緻有害的晶界。人們甚至認爲從理論上講，在諸如Cu（111）這樣的高對稱性表面上生(shēng)長單晶hBN是不可能的。台積電(diàn)&台灣陽明交通大(dà)學&萊斯大(dà)學報道了在兩英寸c面藍(lán)寶石晶片上的Cu（111）薄膜上成功完成了單晶hBN單層的外(wài)延生(shēng)長。第一(yī)性原理計算結果證實了這一(yī)令人驚訝的結果，這表明通過hBN橫向對接至Cu（111）步驟可增強外(wài)延生(shēng)長，從而确保hBN單層的單向性。所獲得的單晶hBN在底栅結構中(zhōng)作爲二硫化钼和二氧化铪之間的界面層并入，提高了晶體(tǐ)管的電(diàn)性能。這種生(shēng)産晶圓級單晶hBN的可靠方法爲将來的2D電(diàn)子學鋪平了道路。Wafer-scale single-crystal hexagonal boron nitride monolayers on Cu (111).(Nature, 2020, DOI：10.1038/s41586-020-2009-2)5.羅徹斯特大(dà)學&英特爾：氫化碳硫中(zhōng)的室溫超導
實驗物(wù)理學的長期挑戰之一(yī)是觀察室溫下(xià)超導性。近來，已經在高壓下(xià)的幾種系統中(zhōng)報道了富氫材料中(zhōng)的高溫常規超導性。導緻室溫超導的一(yī)個重要發現是硫化氫（H2S）到H3S的壓力驅動歧化，最終轉變溫度爲155吉帕的203開(kāi)爾文。 H2S和CH4都容易在較低壓力下(xià)與氫混合形成客體(tǐ)-主體(tǐ)結構，并且在4千兆帕斯卡下(xià)具有可比的大(dà)小(xiǎo)。通過将甲烷低壓引入用于H3S的H2S + H2前驅體(tǐ)混合物(wù)中(zhōng)，分(fēn)子交換成爲一(yī)大(dà)批富含氫和 H2夾雜(zá)物(wù)的範德華固體(tǐ)的交換;在極端條件下(xià)，這些客體(tǐ)結構成爲超導化合物(wù)的基礎。羅徹斯特大(dà)學&英特爾報道了從元素前體(tǐ)開(kāi)始的光化學轉變的碳氫化硫碳氫化物(wù)系統中(zhōng)的超導性，在267±10吉帕斯卡下(xià)實現的最大(dà)超導轉變溫度爲287.7±1.2開(kāi)爾文。在金剛石砧室的寬壓力範圍内（從140到275吉帕斯卡）觀察到超導狀态，并且轉變溫度在220吉帕斯卡以上時急劇上升。根據Ginzburg的研究，零電(diàn)阻，高達190吉帕的磁化率以及在高達9特斯拉的外(wài)部磁強和約62特斯拉的臨界磁強下(xià)降低轉變溫度，從而建立了超導性。氫的光，量子性質限制了通過X射線散射技術對系統進行結構和化學計量的确定，但是拉曼光譜用于探測金屬化之前的化學和結構轉變。在這裏的三元系統中(zhōng)引入化學調節可以在較低壓力下(xià)保持室溫超導性。Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride.(Nature, 2020, DOI:10.1038/s41586-020-2801-z)6.京東方Nano research：通過光刻方法制造的高分(fēn)辨率、全色量子點發光二極管顯示器
顯示器在現代信息社會中(zhōng)扮演着極其重要的角色，這對新的更好的産品和技術提出了永無止境的需求。新型顯示技術的最新要求集中(zhōng)在高分(fēn)辨率和高色域上。在包括有機發光二極管（OLED），微發光二極管（micro-LED），量子點發光二極管（QLED），激光顯示器，全息顯示器等在内的新興技術中(zhōng)，由于其固有的特性，QLED很有希望高色域以及使用光刻方法實現高分(fēn)辨率的可能性。然而，先前證明的光刻技術遭受工(gōng)藝降低的性能以及子像素中(zhōng)的顔色雜(zá)質的困擾。京東方展示了一(yī)種犧牲層輔助圖案化（SLAP）方法，該方法可以與光刻技術結合使用，以制造高分(fēn)辨率的全色量子點（QD）模式。在這種方法中(zhōng)，負性光刻膠（PR）和犧牲層（SL）用于确定QD沉積的像素，同時SL幫助保護QD層并使其保持完整（稱爲PR-SL方法）。爲了證明該方法在QLED顯示器制造中(zhōng)的可行性，通過該工(gōng)藝制造了500ppi的全色無源矩陣（PM）-QLED原型。結果表明，子像素中(zhōng)沒有顔色雜(zá)質，并且PM-QLED具有114％的國家電(diàn)視标準委員(yuán)會（NTSC）的高色域。這是第一(yī)個具有如此高分(fēn)辨率的全色QLED原型。作者預計，這種創新的構圖技術将爲未來的顯示技術開(kāi)辟新的視野，并可能導緻顯示行業的颠覆性和創新性變化。High-resolution, full-color quantum dot light-emitting diode display fabricated via photolithography approach.(Nano research, 2020, DOI:10.1007/s12274-020-2883-9 )7.格羅甯根大(dà)學&阿克蘇諾貝爾Sci. Adv.：受自然界啓發的塗層
近一(yī)個世紀以來，石油化學類單體(tǐ)（如丙烯酸酯）已被廣泛用作塗料，樹(shù)脂和油漆的基礎。 在原材料，合成過程和産品功能中(zhōng)整合綠色化學原理的可持續替代品的發展，爲科學和社會帶來了巨大(dà)的挑戰。格羅甯根大(dà)學&阿克蘇諾貝爾報道烷氧基丁烯化物(wù)作爲丙烯酸酯的生(shēng)物(wù)基替代品和高性能塗料的形成。從生(shēng)物(wù)質衍生(shēng)的糠醛和在流動反應器中(zhōng)使用可見光和氧氣進行對環境無害的光化學轉化開(kāi)始，提供了烷氧基丁烯内酯單體(tǐ)。随後進行自由基（共）聚合，從而使塗料具有可調節的性能，可用于玻璃或塑料等不同的表面。該性能可與目前的石化工(gōng)業塗料媲美。(Sci. Adv., 2020, DOI:10.1126/sciadv.abe0026)8.三星先進研究院Nature Energy：銀碳複合陽極可實現高能長循環全固态锂金屬電(diàn)池
具有锂金屬陽極的全固态電(diàn)池是超越常規锂離(lí)子電(diàn)池性能的強大(dà)選擇。然而，不希望的锂枝晶生(shēng)長和低庫侖效率阻礙了它們的實際應用。三星先進研究院發現，具有硫化物(wù)電(diàn)解質的高性能全固态锂金屬電(diàn)池是由不含過量锂的Ag-C複合陽極實現的。薄的Ag-C層可以有效地調節Li的沉積，從而導緻真正的長電(diàn)化學循環性。在全電(diàn)池演示中(zhōng)，作者使用了具有高比容量（> 210 mAh/g）和高面容量（> 6.8 mAh/cm2）的高Ni層狀氧化物(wù)陰極，以及一(yī)種銀輝石型硫化物(wù)電(diàn)解質。還引入了熱等靜壓技術以改善電(diàn)極與電(diàn)解質之間的接觸。由此制備的原型袋式電(diàn)池（0.6 Ah）表現出高能量密度（> 900 Wh/l），超過99.8％的穩定庫侖效率和長循環壽命（1000次）。High-energy long-cycling all-solid-state lithium metal batteries enabled by silver-carbon composite anodes.
(Nature energy, 2020, DOI:10.1038/s41560-020-0575-z)
文章轉載自微信公衆号：材料人
