頂刊動態丨Nano Letters/Angewandte Chemie電子材料學術進展匯總（4.20-4.30）
本期導讀：
今天電子電工材料周報組邀您一起來看看Nano Letters/Angewandte Chemie電子材料領域最新的研究進展。本期內容預覽：GaN/AlN超晶格納米線實現高靈敏“盲區可視”；耦合等離激元晶體的單壁碳納米管實現寬頻可調發光；納米線電場成像和載流子擴散長度測量的三種電子束技術對比；III-V族納米線中的長壽熱載流子；低溫碳納米管中的激子局域化無處不在；BID-BT—可提高有機發光二極管性能的新型雙極主體材料；P型雜化的SnSe熱電材料的水溶液合成法；從化學分子軌道理論獲取制備熱電材料的靈感。
1、Nano Letters: GaN/AlN超晶格納米線實現高靈敏“盲區可視”
由于具有較低的維度，較高的比表面積等獨特的性質，納米線很有希望被用來制造高性能的光探測器。納米線光探測器可以獲得很高的光電流，可達105-108，響應時間在毫秒量級。與平面光探測器件相比，無缺陷的納米線光探測器件具有獲得光導的潛力，從而避免了晶粒邊界的干擾和光譜響應的偏移。在眾多的納米線家族中，ZnO納米線和(Al,Ga)N納米線是制造微型化的紫外光傳感器件的候選材料，并且，GaN可以通過可控摻雜具有優良的物理和化學性能。之后的報道顯示，軸向異質結與結纖鋅礦納米線的合并使得相應器件具有可調的截止波長特性和更高的低偏壓響應。然而，軸向異質結有降低暗電流的優點，但是異質結周圍會自發形成GaN殼，會降低器件的環境穩定性，掩蓋異質結的優點。怎么解決這樣的矛盾呢？
近日，法國格勒諾布爾大學的科學家設計出一種沒有GaN殼的GaN/AlN超晶格納米線，其中GaN與AlN接觸形成異質結。沒有GaN殼的影響，異質結可以降低暗電流，增加器件的光敏感性。高質量的納米線和無偏移的異質結的結合，使得暗電流呈現一個很有意義的色散，從而獲得更低的暗電流和更高的紫外光敏感特性。
文獻鏈接：UV Photosensing Characteristics of Nanowire Based GaN/AlN Superlattices
2.、Nano Letters: 耦合等離激元晶體的單壁碳納米管實現寬頻可調發光
由于突出的光學和電學特性，單壁碳納米管（SWNTs）成為在單光子光源，非線性光學，光探測器，光伏，集成電路和光電器件等應用領域的熱門候選材料。對于單壁碳納米管而言，激子發射的窄光譜位置取決于對應的手性向量。因此，如果使用的單壁碳納米管具有不同手性，將提供整個近紅外范圍的覆蓋范圍。然而，這里還有一些挑戰阻礙了單壁碳納米管器件的廣泛應用：第一，單壁碳納米管的定向發光效率需要提高；第二，大量不同手性的單壁碳納米管的純化可控生長難度較大。
近日，德國海德堡大學的科學家在高密度單壁碳納米管薄膜上耦合了支持表面晶格共振的金納米盤周期性陣列，實現了近紅外全光譜（1000-1500nm）的寬帶可調諧，窄譜可達20-40mev，高度定向（發散角小于1.5度）。該方法不需要選擇不同手性的單壁碳納米管獲得特定的近紅外波長，以獲得窄線寬發射。該工作促進了碳納米管在多功能光器件領域的應用發展。
3、Nano Letters：納米線電場成像和載流子擴散長度測量的三種電子束技術對比
自從2000年以來，納米線的出現為制造高性能的器件帶來了新的可能性，比如氣敏傳感器、光伏電池、發光二極管等。相同的容積率納米線具有非常大的表面，使得納米線不僅適合制造高性能器件，也適合研究低維物理，因此納米線吸引了很多的關注，而由于表面狀態對納米線靜電子特性或其他物理量如少數載流子和激子散射長度等具有非常大的影響，因此人們還沒有很好地理解或者控制納米線的電子性能。
最近，F. Donatini等人使用三種電子束技術來測量相同納米線的電場成像和載流子擴散長度，并采用有限元分析法和實驗效果對比，討論研究了ZnO納米線表面與其周圍環境的相互作用。通過對比所記錄的電子束感生電流、陰極發光、二次電子信號這三個不同的物理量可以看到納米線特性的表面的重要作用。其中激子擴散長度和納米線半徑密切相關，并且完全受到表面復合工藝的影響。而肖特基接觸附近的空間電荷區域的擴展卻與納米線半徑沒有什么關系。電壓襯度表明從肖特基接觸到中性區域點位呈線性下降，這與納米線表面的恒定電場是相一致的。
4、Nano Letters：III-V族納米線中的長壽熱載流子
與大塊狀材料不同，納米線使得人們可以在納米級改變半導體的熱學性質，從而可以產生一系列的與大小無關的作用。而在設計基于納米線的器件時熱管理機制非常重要，電荷載流子在受到外部激發后按照怎樣的速率穩定下來對太陽能電池、激光器和高速晶體管等等的效率有著關鍵影響。
這篇文章中，D. Tedeschi等人利用連續波的光致發光研究了在InP和GaAs納米線中光生載流子的熱化性能。在310K溫度時記錄的的光致發光光譜分析表明，與晶格相比載流子能在更高的溫度下熱能化，且載流子溫度和晶格溫度的溫度差隨著晶格溫度增加呈指數倍增加，并和納米線的直徑成反比。在直徑約70nm的納米線中，晶格溫度在310K時載流子溫度可以達到500K。即使在最薄的納米線中，載流子在光致激發之后有足夠的時間（1納秒左右）來與聲子作用從而釋放掉多余的能量。不過，載流子無法與晶格點達到完全的熱平衡，這點表明抑制聲子發射主要是由于小直徑納米線具有較大表面積-體積比而引發。
文獻鏈接：Long-lived Hot Carriers in III-V Nanowires
5、Nano Letters：低溫碳納米管中的激子局域化無處不在
美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究者研究了單壁碳納米管在室溫和低溫條件下的光致發光現象。通過分析納米管的光致發光的空間和光譜特征，他們可以確定“無意的”激子局域化的特征。此外，研究者還確定了激子局域化電位的能量尺度范圍：從幾到幾十毫伏以及由于環境因素和表層共價側壁缺損而引起的阻礙。他們的研究結果表明，低溫下碳納米管中的激子局域化是一種普遍存在的現象。
文獻鏈接：Ubiquity of Exciton Localization in Cryogenic Carbon Nanotubes
6、Angewandte Chemie：BID-BT—可提高有機發光二極管性能的新型雙極主體材料
有機發光二極管(OLEDs)因其優良的發光特性在顯示屏及其他光應用方面有著很大的應用前景。很多研究者都致力于研究能利用磷光或延遲熒光(TADF)來工作的OLEDs，但是卻一直沒有找到合適的可作為激子發射器的主體材料，主要是因為這種主體材料必須具備三重態能級。
來自日本九州大學的研究者們解決了這個難題，他們基于苯并咪唑和苯并噻唑 (Benzimidazobenzothiazole, BID-BT)制備了一種新型的主體材料。其可用于藍色OLEDs，并且具備較高的三重態能級和雙極載流子運輸能力，OLEDs的外量子效率還可以達到20%。擁有這些優點，這種BID-BT基的主體材料必將在以藍色延遲熒光和磷光為次激發器中大展身手。
7、Angewandte Chemie：P型雜化的SnSe熱電材料的水溶液合成法
熱電材料對于解決廢熱，節約能源方面有很大的應用前景。熱電材料的熱電轉換效率主要取決于材料的ZT(ZT=S2σT/κ, S—塞貝克系數，σ—電導率，T—絕對溫度，κ—熱導率)值。最佳的熱電材料候選者為SnSe，因為SnSe的理論ZT值在2.3~2.6之間。為了平衡ZT值和機械性能，常常將SnSe制備成納米結構，制備過程常選用有機表面活性劑來控制材料的結構和形貌。然而表面活性劑對材料的表面修飾作用會大大降低材料的電導率，因此，需要尋找一種無表面活性劑參與的合成方法。
來自格拉斯哥大學、郝瑞瓦特大學等多所大學組成的研究團隊實現了無表面活性劑合成SnSe納米材料，僅僅利用水作為溶劑，得到單相的SnSe納米片。實驗表面，制備的SnSe納米片在550K熱壓下表現出極高的電導率及溫差電勢率。這將有利于SnSe熱電材料的大規模生產及應用。
8、Angewandte Chemie: 從化學分子軌道理論獲取制備熱電材料的靈感
為加快熱電材料在商業上的推廣，就需要不斷提高熱電材料的熱電轉換效率。因此我們需要尋找更多的影響熱電轉換效率的相關因素，以制備更高性能的材料。熱電材料中的偶聯運輸性質有利于我們去了解固體材料中物理性能與化學性能之間的聯系。因而，這為我們指明了方向，去探尋化學性質對熱電材料的影響。
Zeier和Zevalkink等科學家在Angewandte Chemie發表了一篇關于化學分子軌道理論與熱電材料間聯系的綜述，從化學鍵與熱電材料中電子傳輸及聲子傳輸兩方面介紹了一些簡單的化學理論與熱電材料性能的聯系。通過將化學軌道理論與熱電材料性能結合起來，我們可以利用分子軌道圖、緊束縛理論鍵強理論等化學信息來獲得制備高性能熱電材料的靈感。
文獻鏈接：Thinking Like a Chemist: Intuition in Thermoelectric Materials
本期內容由材料人電子電工材料學習小組靈寸，山豆，風之翼，ZZZZ編寫，材料牛編輯整理。
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