材料研究是一個(gè)非常廣泛的范圍，如果你的研究方向與當前的市場(chǎng)需求十分契合，是可以做出很多推進(jìn)民生、實(shí)現產(chǎn)業(yè)化的工作。顯示領(lǐng)域的巨頭三星、京東方、UDC，半導體行業(yè)的領(lǐng)頭羊臺積電、英特爾，涂料方向的常青樹(shù)阿克蘇諾貝爾在這篇文章里面帶你看看材料領(lǐng)域的產(chǎn)學(xué)研。
在石墨烯、鈣鈦礦無(wú)數次登上頂刊的時(shí)候，在材料類(lèi)期刊影響因子一年更比一年高的時(shí)候，在學(xué)校里面科研的材料人卻無(wú)數次在材料人后臺回復“工作好難找”。事實(shí)上，材料研究是一個(gè)非常廣泛的范圍，如果你的研究方向與當前的市場(chǎng)需求十分契合，是可以做出很多推進(jìn)民生、實(shí)現產(chǎn)業(yè)化的工作。顯示領(lǐng)域的巨頭三星、京東方、UDC，半導體行業(yè)的領(lǐng)頭羊臺積電、英特爾，涂料方向的常青樹(shù)阿克蘇諾貝爾在這篇文章里面帶你看看材料領(lǐng)域的產(chǎn)學(xué)研。1.三星先進(jìn)技術(shù)研究院&斯坦福大學(xué)Science：超表面驅動(dòng)的OLED顯示屏每英寸超過(guò)10000像素
光學(xué)超表面開(kāi)始進(jìn)入集成設備，可以增強和控制光波的發(fā)射、調制、動(dòng)態(tài)整形和檢測。在這項研究中，三星先進(jìn)技術(shù)研究院&斯坦福大學(xué)發(fā)現有機發(fā)光二極管（OLED）顯示器的體系結構可以通過(guò)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，不同的metasurface圖案定義了紅色，綠色和藍色像素，并確保從有機白色發(fā)光體中優(yōu)化提取這些顏色。這種新的體系結構有助于創(chuàng )建使用可縮放納米壓印光刻技術(shù)的新興顯示應用（例如增強現實(shí)）所需的超高像素密度（每英寸> 10000像素）的設備。相對于標準的彩色濾光白色OLED，所制造的像素還具有兩倍的發(fā)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(jìn)技術(shù)研究院Nature：高效穩定的藍色量子點(diǎn)發(fā)光二極管
使用量子點(diǎn)對精確的顏色信息進(jìn)行可視化已經(jīng)探索了數十年，并且采用環(huán)保材料的商業(yè)產(chǎn)品目前可以用作背光源。然而，基于量子點(diǎn)的下一代電致發(fā)光顯示器需要開(kāi)發(fā)有效且穩定的無(wú)鎘的藍光發(fā)射裝置，由于藍光發(fā)射材料的光物理性能較差，這仍然是一個(gè)挑戰。三星先進(jìn)技術(shù)研究院介紹了ZnSe基藍色發(fā)光量子點(diǎn)的合成。作者發(fā)現氫氟酸和氯化鋅添加劑可通過(guò)消除ZnSe晶體結構中的堆垛層錯而有效提高發(fā)光效率。另外，通過(guò)液體或固體配體交換的氯化物鈍化導致緩慢的輻射復合，高的熱穩定性和有效的電荷傳輸性質(zhì)。文章在發(fā)光二極管中構造了具有梯度氯化物含量的雙量子點(diǎn)發(fā)射層，以促進(jìn)空穴傳輸，并且所得器件在理論極限下顯示出效率，高亮度和長(cháng)使用壽命。作者認為高效、穩定的藍色量子點(diǎn)發(fā)光器件可以促進(jìn)使用量子點(diǎn)的電致發(fā)光全色顯示器的開(kāi)發(fā)。Efficient and stable blue quantum dot light-emitting diode.(Nature, 2020, DOI:10.1038/s41586-020-2791-x)3.UDC Nature：等離子增強有機發(fā)光器件的穩定性和亮度
研究固體材料中電磁波和自由電子的共振相互作用的等離激元理論領(lǐng)域，由于等離激元材料中通常會(huì )發(fā)生大量損耗，因此尚未投入大規模商業(yè)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(fā)光器件（OLED）已被并入數十億個(gè)商業(yè)產(chǎn)品中，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(shí)現了內部的電荷到光的統一轉換，但它們的折射率對比卻將設備外光子的可觀(guān)察部分降低了約25％。此外，在OLED操作期間，緩慢衰減的三重態(tài)激子和電荷的局部累積會(huì )在稱(chēng)為老化的過(guò)程中逐漸降低設備的亮度，這可能會(huì )導致顯示屏出現“烙印”現象。同時(shí)提高設備效率和穩定性對于OLED技術(shù)至關(guān)重要。美國UDC（Universal Display Corporation）演示了一種OLED，它利用等離子體系統的衰減率提高來(lái)提高設備穩定性，同時(shí)通過(guò)結合基于納米粒子的外耦合方案從等離子體激元模式中提取能量來(lái)保持效率。使用原型磷光發(fā)射器，可以在與參考常規設備相同的亮度下將操作穩定性提高兩倍，同時(shí)還可以從等離激元模式中提取16％的能量作為光。這個(gè)工作提高OLED穩定性的方法避免了特定于材料的設計，并且適用于當前用于照明面板，電視和移動(dòng)顯示器的所有商用OLED。Plasmonic enhancement of stability and brightness in organic light-emitting devices.(Nature, 2020, DOI:10.1038/s41586-020-2684-z)4.臺積電&臺灣陽(yáng)明交通大學(xué)&萊斯大學(xué)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）半導體層狀材料為擴展摩爾定律在集成電路中的晶體管數量提供了巨大的潛力。2D半導體的一個(gè)主要挑戰是避免從相鄰的電介質(zhì)形成電荷散射和捕獲位點(diǎn)。六方氮化硼（hBN）的絕緣范德華層提供了出色的界面電介質(zhì)，有效地減少了電荷散射。最近的研究表明，在熔融金表面或塊狀銅箔上單晶hBN薄膜的生長(cháng)。然而，由于熔融金的高成本，交叉污染以及過(guò)程控制和可擴展性的潛在問(wèn)題，因此不被工業(yè)所青睞。銅箔可能適用于卷對卷工藝，但不太可能與晶圓上的先進(jìn)微電子制造兼容。因此，可靠的直接在晶圓上生長(cháng)單晶hBN薄膜的方法將有助于在工業(yè)中廣泛采用2D層狀材料。先前在Cu（111）金屬上生長(cháng)hBN單層的嘗試未能實(shí)現單取向，當這些層合并成flms時(shí)會(huì )導致有害的晶界。人們甚至認為從理論上講，在諸如Cu（111）這樣的高對稱(chēng)性表面上生長(cháng)單晶hBN是不可能的。臺積電&臺灣陽(yáng)明交通大學(xué)&萊斯大學(xué)報道了在兩英寸c面藍寶石晶片上的Cu（111）薄膜上成功完成了單晶hBN單層的外延生長(cháng)。第一性原理計算結果證實(shí)了這一令人驚訝的結果，這表明通過(guò)hBN橫向對接至Cu（111）步驟可增強外延生長(cháng)，從而確保hBN單層的單向性。所獲得的單晶hBN在底柵結構中作為二硫化鉬和二氧化鉿之間的界面層并入，提高了晶體管的電性能。這種生產(chǎn)晶圓級單晶hBN的可靠方法為將來(lái)的2D電子學(xué)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.羅徹斯特大學(xué)&英特爾：氫化碳硫中的室溫超導
實(shí)驗物理學(xué)的長(cháng)期挑戰之一是觀(guān)察室溫下超導性。近來(lái)，已經(jīng)在高壓下的幾種系統中報道了富氫材料中的高溫常規超導性。導致室溫超導的一個(gè)重要發(fā)現是硫化氫（H2S）到H3S的壓力驅動(dòng)歧化，最終轉變溫度為155吉帕的203開(kāi)爾文。 H2S和CH4都容易在較低壓力下與氫混合形成客體-主體結構，并且在4千兆帕斯卡下具有可比的大小。通過(guò)將甲烷低壓引入用于H3S的H2S + H2前驅體混合物中，分子交換成為一大批富含氫和 H2夾雜物的范德華固體的交換;在極端條件下，這些客體結構成為超導化合物的基礎。羅徹斯特大學(xué)&英特爾報道了從元素前體開(kāi)始的光化學(xué)轉變的碳氫化硫碳氫化物系統中的超導性，在267±10吉帕斯卡下實(shí)現的最大超導轉變溫度為287.7±1.2開(kāi)爾文。在金剛石砧室的寬壓力范圍內（從140到275吉帕斯卡）觀(guān)察到超導狀態(tài)，并且轉變溫度在220吉帕斯卡以上時(shí)急劇上升。根據Ginzburg的研究，零電阻，高達190吉帕的磁化率以及在高達9特斯拉的外部磁強和約62特斯拉的臨界磁強下降低轉變溫度，從而建立了超導性。氫的光，量子性質(zhì)限制了通過(guò)X射線(xiàn)散射技術(shù)對系統進(jìn)行結構和化學(xué)計量的確定，但是拉曼光譜用于探測金屬化之前的化學(xué)和結構轉變。在這里的三元系統中引入化學(xué)調節可以在較低壓力下保持室溫超導性。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(guò)光刻方法制造的高分辨率、全色量子點(diǎn)發(fā)光二極管顯示器
顯示器在現代信息社會(huì )中扮演著(zhù)極其重要的角色，這對新的更好的產(chǎn)品和技術(shù)提出了永無(wú)止境的需求。新型顯示技術(shù)的最新要求集中在高分辨率和高色域上。在包括有機發(fā)光二極管（OLED），微發(fā)光二極管（micro-LED），量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED），激光顯示器，全息顯示器等在內的新興技術(shù)中，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(shí)現高分辨率的可能性。然而，先前證明的光刻技術(shù)遭受工藝降低的性能以及子像素中的顏色雜質(zhì)的困擾。京東方展示了一種犧牲層輔助圖案化（SLAP）方法，該方法可以與光刻技術(shù)結合使用，以制造高分辨率的全色量子點(diǎn)（QD）模式。在這種方法中，負性光刻膠（PR）和犧牲層（SL）用于確定QD沉積的像素，同時(shí)SL幫助保護QD層并使其保持完整（稱(chēng)為PR-SL方法）。為了證明該方法在QLED顯示器制造中的可行性，通過(guò)該工藝制造了500ppi的全色無(wú)源矩陣（PM）-QLED原型。結果表明，子像素中沒(méi)有顏色雜質(zhì)，并且PM-QLED具有114％的國家電視標準委員會(huì )（NTSC）的高色域。這是第一個(gè)具有如此高分辨率的全色QLED原型。作者預計，這種創(chuàng )新的構圖技術(shù)將為未來(lái)的顯示技術(shù)開(kāi)辟新的視野，并可能導致顯示行業(yè)的顛覆性和創(chuàng )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.格羅寧根大學(xué)&阿克蘇諾貝爾Sci. Adv.：受自然界啟發(fā)的涂層
近一個(gè)世紀以來(lái)，石油化學(xué)類(lèi)單體（如丙烯酸酯）已被廣泛用作涂料，樹(shù)脂和油漆的基礎。 在原材料，合成過(guò)程和產(chǎn)品功能中整合綠色化學(xué)原理的可持續替代品的發(fā)展，為科學(xué)和社會(huì )帶來(lái)了巨大的挑戰。格羅寧根大學(xué)&阿克蘇諾貝爾報道烷氧基丁烯化物作為丙烯酸酯的生物基替代品和高性能涂料的形成。從生物質(zhì)衍生的糠醛和在流動(dòng)反應器中使用可見(jiàn)光和氧氣進(jìn)行對環(huán)境無(wú)害的光化學(xué)轉化開(kāi)始，提供了烷氧基丁烯內酯單體。隨后進(jìn)行自由基（共）聚合，從而使涂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業(yè)涂料媲美。(Sci. Adv., 2020, DOI:10.1126/sciadv.abe0026)8.三星先進(jìn)研究院Nature Energy：銀碳復合陽(yáng)極可實(shí)現高能長(cháng)循環(huán)全固態(tài)鋰金屬電池
具有鋰金屬陽(yáng)極的全固態(tài)電池是超越常規鋰離子電池性能的強大選擇。然而，不希望的鋰枝晶生長(cháng)和低庫侖效率阻礙了它們的實(shí)際應用。三星先進(jìn)研究院發(fā)現，具有硫化物電解質(zhì)的高性能全固態(tài)鋰金屬電池是由不含過(guò)量鋰的Ag-C復合陽(yáng)極實(shí)現的。薄的Ag-C層可以有效地調節Li的沉積，從而導致真正的長(cháng)電化學(xué)循環(huán)性。在全電池演示中，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層狀氧化物陰極，以及一種銀輝石型硫化物電解質(zhì)。還引入了熱等靜壓技術(shù)以改善電極與電解質(zhì)之間的接觸。由此制備的原型袋式電池（0.6 Ah）表現出高能量密度（> 900 Wh/l），超過(guò)99.8％的穩定庫侖效率和長(cháng)循環(huán)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)
文章轉載自微信公眾號：材料人
