Nature盤點: 9月材料領域重大進展

1、上海交大韓禮元Nature: 無溶劑非真空制備大面積鈣鈦礦太陽能電池薄膜

上海交通大學韓禮元教授和楊旭東特別研究員（共同通訊）等人研發出一種無溶劑、非真空的新沉積方案用于甲基銨鹵化鉛鈣鈦礦薄膜的大規模制備。它依賴于胺絡合物前體到鈣鈦礦膜的快速轉化，并隨后施加壓力。使用這種方式沉積的鈣鈦礦薄膜沒有針孔而且高度均勻。更重要的是，新的沉積方法可以在低溫環境中進行，更有利于大面積鈣鈦礦裝置的制造。

文獻鏈接：A solvent- and vacuum-free route to large-area perovskite films for efficient solar modules（Nature，2017，DOI:10.1038/nature23877 ）

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2、張清杰&楊繼輝Nature：超順磁增強材料熱電性能！

武漢理工大學張清杰教授和華盛頓大學楊繼輝教授（共同通訊作者）等人報道通過將軟磁性材料嵌入熱電材料基底中，實現對聲子和電子傳輸特性的雙向調控。納米顆粒的性質，尤其是超順磁性（納米顆粒可在外加磁場下猶如順磁體可被磁化）導致了三種熱電磁效應：電荷從磁性嵌入物傳輸至基底；通過超順磁波動實現電子的多重散射；磁波動和自身的納米結構增加了聲子散射。研究表明這些效應可在納米和介觀尺度上有效調控電子和聲子傳輸，從而提高納米復合物的熱電性。

文獻鏈接：Superparamagnetic enhancement of thermoelectric performance（Nature，2017，Doi: 10.1038/nature23667）

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3、Nature: 自組裝工程——可控性層層堆疊二維材料

康奈爾大學Jiwoong Park（通訊作者）等人報道了實現高水平空間均勻性和本征夾層界面生產晶圓級尺度的半導體薄膜的方法。薄膜的垂直方向組分通過二維材料模塊在真空下原子尺度上的自組裝實現。同時制備了一些大規模、高質量的異質結薄膜和設備，包括超晶格薄膜、批次生產的電阻可調的隧道結陣列、能帶調控異質結隧道二極管以及毫米級超薄膜。堆疊形成的膜可拆卸、可中斷并與水和塑料等界面相容，從而可實現與其他光學和機械系統集成。

文獻鏈接：Layer-by-layer assembly of two-dimensional materials into wafer-scale heterostructures（Nature，2017，Doi:10.1038/nature23905）

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4、Nature: 3D打印高強鋁合金

美國加州大學John H. Martin（通訊作者）等人報道了在增材制造過程中引入控制固化的納米顆粒成核劑解決了熔融和凝固動力導致具有大柱狀晶粒和周期性裂紋的不可耐受的微觀結構。在使用成核劑后，與增材制造不相容的高強度鋁合金可以使用選區激光熔化成功加工，無裂紋，等軸，實現了細晶粒微觀結構，達到與鍛造材料相當的材料強度。該增材制造方法適用于各種合金，可以使用一系列3D打印機器來實現，為廣泛的工業應用提供了基礎。

文獻鏈接：3D printing of high-strength aluminium alloys(Nature，2017，DOI: 10.1038/nature23894)

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5、Nature: 金屬有機框架材料協同吸附的自旋轉換機制

加州大學伯克利分校Jeffrey R. Long（通訊作者）課題組通過探究一氧化碳在一系列具有不飽和二價鐵離子的三唑基金屬框架材料的選擇性吸附作用提出了一種自旋轉換機制，在這種機制中，臨近的二價鐵離子位點在CO臨界壓力條件下發生了自旋態的轉變，使得材料在溫度變化較小的范圍內展現出巨大的CO氣體分離容量，該機制解釋了CO吸附過程中出現階梯型吸附等溫線的現象。研究人員借助Fe₂Cl₂(bbta)和Fe₂Cl₂(btdd)兩種金屬框架材料，使用XRD衍射，穆斯堡爾譜，直流磁化率測量，紅外光譜等測試手段，來驗證這種機制。該機制有利于實現高效的CO分離，通過控制開放金屬位點的電子性質可以實現協同吸附劑的設計。

文獻鏈接：A spin transition mechanism for cooperative adsorption in metal–organic frameworks（Nature，2017，Doi: 10.1038/nature23674）

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6、Nature: 分子動力學模擬探測金屬塑性極限

美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室Vasily V. Bulatov（通訊作者）等人在體心立方金屬鉭中展示了單晶可塑性的全動態原子模擬。其目標是量化達到脫位介導的塑性極限條件，并闡釋金屬超過這種限制會發生什么。在恒定壓力，溫度和應變速率的條件下，金屬在其[001]晶軸的超高應變速率下被壓縮。為了解決研究中長度尺度（85-340nm）和時間尺度（1ns-1μs）晶體可塑性過程的復雜性，本研究使用了最近開發的原位計算顯微鏡的方法將模擬中生成的大量瞬態軌跡數據重寫為可以由人為分析的形式。通過模擬可以預測：在達到應變的某些限制條件時，單獨的位錯不再能夠緩解機械載荷;相反另一種變形機制——通常稱為變形孿晶，成為代替其動態響應的主要模式。在這個極限以下，只要其后的應變狀態保持不變，金屬呈現塑性流動與應變路徑無關的穩定狀態，其中流動應力和位錯密度保持恒定。在這種狀態下，鉭流動如粘稠流體同時保持其晶格的強度。

文獻鏈接：Probing the limits of metal plasticity with molecular dynamics simulations（Nature，2017，Doi:10.1038/nature23472）

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7、Nature: 直接表征表面催化活性位點

在化學與能源領域，80%的工藝過程中都涉及多相催化，而催化效率取決于能與反應中間物最佳鍵合的特定比表面位點的電子結構。因此，在反應過程中對特定表面位點的直接鑒別與調控能幫助人們有效地發展多相催化和電催化。德國慕尼黑工業大學Aliaksandr S. Bandarenka（通訊作者）等人證實普通掃描隧道顯微鏡可以高分辨率表征表面催化活性位點，通過監測隧道電流噪聲的相對改變，可以定量的表征在催化反應中的催化活性以及量化地反應兩種材料邊界上不同缺陷和位點對于總催化能力的相對貢獻。

文獻鏈接：Direct instrumental identification of catalytically active surface sites（Nature，2017，Doi: 10.1038/nature23661）

8、南京理工大學陸明&王鵬程Nature：系列水合五唑金屬鹽含能化合物的合成

南京理工大學陸明教授和王鵬程副教授（共同通訊作者）報道了全氮五唑陰離子的鈉、錳、鐵、鈷和鎂鹽水合五唑金屬鹽含能化合物（[Na(H₂O)(N₅)]·2H2O, [M(H₂O)₄(N₅)₂]·4H₂O (M?=?Mn, Fe and Co) 和[Mg(H₂O)₆(N₅)₂]·4H₂O）的合成及表征，揭示了其中N₅^-陰離子與金屬陽離子的配位方式、與水的氫鍵作用，以及熱穩定性規律。除了Co化合物以外，其他含能化合物都表現出很好的熱穩定性，初始分解溫度均高于100℃，這為進一步開發高氮含能材料提供了實驗依據。

文獻鏈接：A series of energetic metal pentazolate hydrates（Nature，2017，Doi: 10.1038/nature23662）

本文由材料人學術組大黑天供稿，材料牛編輯整理。

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