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(dāng)前的市場需求十分契合，是可以做出很多推進(jìn)民生、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的工作。顯示領(lǐng)域的巨頭三星、京東方、UDC，半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)頭羊臺積電、英特爾，涂料方向的常青樹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、鈣鈦礦無數(shù)次登上頂刊的時(shí)候，在材料類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數(shù)次在材料人后臺回復(fù)“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(dāng)前的市場需求十分契合，是可以做出很多推進(jìn)民生、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的工作。顯示領(lǐng)域的巨頭三星、京東方、UDC，半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)頭羊臺積電、英特爾，涂料方向的常青樹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(qū)動的OLED顯示屏每英寸超過10000像素
光學(xué)超表面開始進(jìn)入集成設(shè)備，可以增強(qiáng)和控制光波的發(fā)射、調(diào)制、動態(tài)整形和檢測。在這項(xiàng)研究中，三星先進(jìn)技術(shù)研究院&斯坦福大學(xué)發(fā)現(xiàn)有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）顯示器的體系結(jié)構(gòu)可以通過引入納米圖案的超表面反射鏡而完全重新設(shè)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(lán)色像素，并確保從有機(jī)白色發(fā)光體中優(yōu)化提取這些顏色。這種新的體系結(jié)構(gòu)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(yīng)用（例如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）所需的超高像素密度（每英寸> 10000像素）的設(shè)備。相對于標(biāo)準(zhǔn)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(wěn)定的藍(lán)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(shù)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)光顯示器需要開發(fā)有效且穩(wěn)定的無鎘的藍(lán)光發(fā)射裝置，由于藍(lán)光發(fā)射材料的光物理性能較差，這仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。三星先進(jìn)技術(shù)研究院介紹了ZnSe基藍(lán)色發(fā)光量子點(diǎn)的合成。作者發(fā)現(xiàn)氫氟酸和氯化鋅添加劑可通過消除ZnSe晶體結(jié)構(gòu)中的堆垛層錯而有效提高發(fā)光效率。另外，通過液體或固體配體交換的氯化物鈍化導(dǎo)致緩慢的輻射復(fù)合，高的熱穩(wěn)定性和有效的電荷傳輸性質(zhì)。文章在發(fā)光二極管中構(gòu)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，高亮度和長使用壽命。作者認(rèn)為高效、穩(wěn)定的藍(lán)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(qiáng)有機(jī)發(fā)光器件的穩(wěn)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發(fā)生大量損耗，因此尚未投入大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。由于其良好的色彩飽和度，通用的形狀因數(shù)和低功耗，有機(jī)發(fā)光器件（OLED）已被并入數(shù)十億個(gè)商業(yè)產(chǎn)品中，但在效率和穩(wěn)定性方面仍可以得到改善。盡管結(jié)合了有機(jī)熒光粉的OLED實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部的電荷到光的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換，但它們的折射率對比卻將設(shè)備外光子的可觀察部分降低了約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在稱為老化的過程中逐漸降低設(shè)備的亮度，這可能會導(dǎo)致顯示屏出現(xiàn)“烙印”現(xiàn)象。同時(shí)提高設(shè)備效率和穩(wěn)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(tǒng)的衰減率提高來提高設(shè)備穩(wěn)定性，同時(shí)通過結(jié)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保持效率。使用原型磷光發(fā)射器，可以在與參考常規(guī)設(shè)備相同的亮度下將操作穩(wěn)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(wěn)定性的方法避免了特定于材料的設(shè)計(jì)，并且適用于當(dāng)前用于照明面板，電視和移動顯示器的所有商用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(dǎo)體層狀材料為擴(kuò)展摩爾定律在集成電路中的晶體管數(shù)量提供了巨大的潛力。2D半導(dǎo)體的一個(gè)主要挑戰(zhàn)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。然而，由于熔融金的高成本，交叉污染以及過程控制和可擴(kuò)展性的潛在問題，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hBN單層的嘗試未能實(shí)現(xiàn)單取向，當(dāng)這些層合并成flms時(shí)會導(dǎo)致有害的晶界。人們甚至認(rèn)為從理論上講，在諸如Cu（111）這樣的高對稱性表面上生長單晶hBN是不可能的。臺積電&臺灣陽明交通大學(xué)&萊斯大學(xué)報(bào)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單層的外延生長。第一性原理計(jì)算結(jié)果證實(shí)了這一令人驚訝的結(jié)果，這表明通過hBN橫向?qū)又罜u（111）步驟可增強(qiáng)外延生長，從而確保hBN單層的單向性。所獲得的單晶hBN在底柵結(jié)構(gòu)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(dǎo)
實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的長期挑戰(zhàn)之一是觀察室溫下超導(dǎo)性。近來，已經(jīng)在高壓下的幾種系統(tǒng)中報(bào)道了富氫材料中的高溫常規(guī)超導(dǎo)性。導(dǎo)致室溫超導(dǎo)的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)是硫化氫（H2S）到H3S的壓力驅(qū)動歧化，最終轉(zhuǎn)變溫度為155吉帕的203開爾文。 H2S和CH4都容易在較低壓力下與氫混合形成客體-主體結(jié)構(gòu)，并且在4千兆帕斯卡下具有可比的大小。通過將甲烷低壓引入用于H3S的H2S + H2前驅(qū)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(jié)構(gòu)成為超導(dǎo)化合物的基礎(chǔ)。羅徹斯特大學(xué)&英特爾報(bào)道了從元素前體開始的光化學(xué)轉(zhuǎn)變的碳?xì)浠蛱細(xì)浠锵到y(tǒng)中的超導(dǎo)性，在267±10吉帕斯卡下實(shí)現(xiàn)的最大超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為287.7±1.2開爾文。在金剛石砧室的寬壓力范圍內(nèi)（從140到275吉帕斯卡）觀察到超導(dǎo)狀態(tài)，并且轉(zhuǎn)變溫度在220吉帕斯卡以上時(shí)急劇上升。根據(jù)Ginzburg的研究，零電阻，高達(dá)190吉帕的磁化率以及在高達(dá)9特斯拉的外部磁強(qiáng)和約62特斯拉的臨界磁強(qiáng)下降低轉(zhuǎn)變溫度，從而建立了超導(dǎo)性。氫的光，量子性質(zhì)限制了通過X射線散射技術(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和化學(xué)計(jì)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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。在這里的三元系統(tǒng)中引入化學(xué)調(diào)節(jié)可以在較低壓力下保持室溫超導(dǎo)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辨率、全色量子點(diǎn)發(fā)光二極管顯示器
顯示器在現(xiàn)代信息社會中扮演著極其重要的角色，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(jī)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(nèi)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(xiàn)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(jié)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(fù)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(hù)QD層并使其保持完整（稱為PR-SL方法）。為了證明該方法在QLED顯示器制造中的可行性，通過該工藝制造了500ppi的全色無源矩陣（PM）-QLED原型。結(jié)果表明，子像素中沒有顏色雜質(zhì)，并且PM-QLED具有114％的國家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會（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(yù)計(jì)，這種創(chuàng)新的構(gòu)圖技術(shù)將為未來的顯示技術(shù)開辟新的視野，并可能導(dǎo)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(jì)以來，石油化學(xué)類單體（如丙烯酸酯）已被廣泛用作涂料，樹脂和油漆的基礎(chǔ)。 在原材料，合成過程和產(chǎn)品功能中整合綠色化學(xué)原理的可持續(xù)替代品的發(fā)展，為科學(xué)和社會帶來了巨大的挑戰(zhàn)。格羅寧根大學(xué)&阿克蘇諾貝爾報(bào)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反應(yīng)器中使用可見光和氧氣進(jìn)行對環(huán)境無害的光化學(xué)轉(zhuǎn)化開始，提供了烷氧基丁烯內(nèi)酯單體。隨后進(jìn)行自由基（共）聚合，從而使涂料具有可調(diào)節(jié)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(fù)合陽極可實(shí)現(xiàn)高能長循環(huán)全固態(tài)鋰金屬電池
具有鋰金屬陽極的全固態(tài)電池是超越常規(guī)鋰離子電池性能的強(qiáng)大選擇。然而，不希望的鋰枝晶生長和低庫侖效率阻礙了它們的實(shí)際應(yīng)用。三星先進(jìn)研究院發(fā)現(xiàn)，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量鋰的Ag-C復(fù)合陽極實(shí)現(xiàn)的。薄的Ag-C層可以有效地調(diào)節(jié)Li的沉積，從而導(dǎo)致真正的長電化學(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(xiàn)出高能量密度（> 900 Wh/l），超過99.8％的穩(wěn)定庫侖效率和長循環(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)
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