100秒視頻盡覽上半年全球華人發表在nature/science的材料科研論文
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本視頻中收錄的論文如下：
【一月份】
1、Science：構筑有序的宏觀-微孔金屬有機框架單晶
華南理工大學李映偉教授聯合德州大學圣安東尼奧分校陳邦林教授（共同通訊）團隊在金屬-有機框架（MOF）單晶內構筑了高度取向和有序的微孔，以單晶形式開辟了三維有序的宏觀-微孔材料（即同時含有宏觀和微觀孔的材料）的新紀元。該策略得益于聚苯乙烯納米球模板和雙溶劑誘導異質成核方法的強大成型效果。該過程協同地使MOFs在有序空隙內原位生長，使單晶具有定向的和有序的宏觀微孔結構。與傳統的多晶中空和無序孔ZIF-8相比，這種分層框架改善的擴散性質及其穩定的單晶性質使其具有優異的催化活性和對大分子反應的可回收性。
文獻鏈接：Ordered macro-microporous metal-organic framework single crystals（Science，2018，DOI:10.1126/science.aao3403）
【二月份】
2、Nature：小小木材到高性能結構材料的飛躍
馬里蘭大學胡良兵、Teng Li（共同通訊）等人研發出了一種簡單而有效的策略，將塊狀天然木材直接轉變成高性能結構材料，其強度，韌性和防彈性提高了十倍，并具有更大的尺寸穩定性。通過在NaOH和Na2SO3的含水混合物中的沸騰過程從天然木材中部分去除木質素和半纖維素，隨后進行熱壓，導致細胞壁的完全塌陷和天然木材與高度一致的纖維素納米纖維的完全致密化。這種策略被證明對各種木材都是普遍有效的，該加工木材具有比大多數結構金屬和合金更高的比強度，使其成為低成本，高性能，輕量級的替代品。
文獻鏈接：Processing bulk natural wood into a high-performance structural material（Nature, 2018, DOI:10.1038/nature25476）
3、Science: 電子束敏感材料的原子級分辨率TEM成像
阿卜杜拉國王科技大學的Daliang Zhang，Kun Li以及韓宇教授（共同通訊作者）發展了一系列策略來解決目前電子束敏感材料高分辨成像遇到的挑戰。該課題組設計方法在限制整體電子劑量的前提利用直接觀測電子計算（DDEC）相機分析了包括多種金屬有機框架材料在內的一系列電子束敏感材料。利用這類策略，研究人員可觀察到UiO-66中的苯環以及表面無配體和表面配體封端的共存現象。因此，該成果證明利用上述策略可以實現對電子束敏感材料的原子級分辨率的透射電子顯微成像。
文獻鏈接：Atomic-resolution transmission electron microscopy of electron beam–sensitive crystalline materials（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aao0865）
4、Nature：量產彈性超敏電子皮膚
斯坦福大學鮑哲南教授（通訊作者）等人設計了能實現量產和均一性制備各種本征具可拉伸性的電子聚合物的方法，所制備的電子設備能實現本征彈性聚合物晶體管陣列密度高達347個晶體管每平方厘米。同時拉伸應變1000次晶體管的導電能力及靈敏度等也沒有明顯下降，能夠與傳感器陣列和數字電路等構建彈性可拉伸電子皮膚。所報道的制備方法同樣能適用于其他本征彈性聚合物材料的應用以制備新一代彈性可拉伸電子皮膚設備。
文獻鏈接：Skin electronics from scalable fabrication of an intrinsically stretchable transistor array（Nature，2018，DOI:10.1038/nature25494）
【三月份】
5、Nature：石墨烯中的新電子態
美國麻省理工學院P. Jarillo-Herrero教授（通訊作者）和曹原（第一作者）等人報道了當兩個石墨烯片材扭曲接近理論預測的“魔角”時，由于強的層間耦合，產生的電荷中性附近的能帶結構變得平坦。這些扁平帶在半填充時表現出絕緣狀態，產生的新電子態是Mott絕緣體態，來源于電子之間的強排斥作用。魔角扭曲雙層石墨烯的獨特性質可能為無磁場的二維平臺上的多體量子相位開啟新的運動場。
文獻鏈接：Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices（Nature, 2018, DOI: 10.1038/nature26154）
6、Nature：魔角石墨烯超晶格中的非常規超導性
美國麻省理工學院P. Jarillo-Herrero教授（通訊作者）和曹原（第一作者、共同通訊作者）等人報道了堆疊具有小扭曲角的兩個石墨烯片中二維超晶格，產生一種全新的電子態——超導態。當旋轉角度小到魔角時（<1.05°），扭曲的雙層石墨烯中垂直堆疊的原子區域會形成窄電子能帶，電子相互作用效應增項，從而產生非導電的Mott絕緣態。在Mott絕緣態情況下加入少量電荷載流子，就可以成功轉變為超導態。
文獻鏈接：Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices（Nature, 2018, DOI: 10.1038/nature26160）
7、Nature：單層原子晶體分子超晶格
加利福尼亞大學洛杉磯分校段鑲鋒教授、Yu Huang、湖南大學Lei Liao（共同通訊）等人道了一種電化學分子嵌入方法，用于一類新的穩定超晶格，其中單分子原子晶體與分子層交替。使用黑磷作為模型系統，插入十六烷基三甲基溴化銨產生單分子磷分子超晶格，其中層間距離是黑磷中的兩倍以上，有效地分離了磷雜環單分子層。
文獻鏈接：Monolayer atomic crystal molecular superlattices（Nature, 2018, DOI:10.1038/nature25774）
8、Science：鐵基超導體表面拓撲超導性的研究
東京大學物性研究所的張鵬、辛埴和中科院物理研究所的丁洪（共同通訊作者）等人通過使用高分辨率的角分辨光電子能譜發現鐵基超導體FeTe1-xSex在費米能級處具有狄拉克錐型能帶，這個能帶的電子自旋具有螺旋結構，并且在超導轉變溫度Tc以下打開s波超導能隙。他們的研究表明FeTe0.55Se0.45的表面上存在二維拓撲超導態，這為實現馬約拉納束縛態提供了一個制備簡單且超導轉變溫度比較高的平臺。
文獻鏈接：Observation of topological superconductivity on the surface of an iron-based superconductor（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aan4596）
9、Science：合成八種元素的高熵合金
馬里蘭大學胡良兵、伊利諾伊大學芝加哥分校Reza Shahbazian-Yassar,、約翰霍普金斯大學Chao Wang、麻省理工大學Ju Li（共同通訊作者）等人研究通過熱沖擊負載在碳載體上的前體金屬鹽混合物，提出了通過將八種不同元素合金化成單相固溶體納米顆粒（通常稱為高熵合金納米顆粒（HEA-NP）。通過控制碳熱激發（CTS）參數（底物，溫度，沖擊持續時間和加熱/冷卻速率）來合成具有期望的化學（組成），尺寸和相（固溶體，相分離）的寬范圍的多組分納米顆粒。
文獻鏈接：Carbothermal shock synthesis of high-entropy-alloy nanoparticles（Science, 2018, DOI:10.1126/science.aan5412）
【四月份】
10、Nature：合成各類二維金屬硫化物的全能方法
新加坡南洋理工大學的劉政教授，日本國家高等工業科學技術研究所的林君浩博士以及北京中科院物理所的劉廣同教授（共同通訊作者）的聯合團隊證明熔融鹽輔助化學氣相沉積可廣泛應用于合成各種原子級厚度的二維過渡族金屬硫族化合物（TMDCs）材料，通過熔融鹽輔助的化學氣相沉積法合成了47種二維TMDCs材料，其中包括32種二元化合物(基于過渡金屬Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Re、Pt、Pd和Fe )，13種合金 (包括三元、一元和一元)，以及兩種異質結構化合物。單層NbSe2和MoTe2樣品中的超導性以及在MoS2和ReS2中的高遷移率的證據證明，該團隊采用此方法合成的大多數材料都是可用的。
文獻鏈接：A library of atomically thin metal chalcogenides（Nature，2018，DOI: 10.1038/s41586-018-0008-3）
11、Science：彈性變形的金剛石
香港城市大學張文軍、陸洋、麻省理工學院Ming Dao、南洋理工大學Subra Suresh?(共同通訊）研究團隊展示了納米級（?300nm）單晶和多晶金剛石的超大、完全可逆的彈性形變。對于單晶金剛石，最大拉伸應變（高達9％）接近理論彈性極限，相應的最大拉伸應力達到約89至98GPa。在結合系統計算模擬和表征變形前和變形后結構特征之后，研究者將同時存在的高強度和大彈性應變歸因于小體積金剛石納米針與微米級和更大的試樣相比缺陷少，以及相對光滑的表面。該發現通過對金剛石納米結構、幾何形狀、彈性應變和物理性質進行優化設計，為新應用提供了潛力。
文獻鏈接：Ultralarge elastic deformation of nanoscale diamond（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aar4165）
12、Science：循環可回收塑料
科羅拉多州立大學陳優賢（通訊作者）團隊研究通過引入基于γ-丁內酯（GBL）的聚合物體系，發現其在α和β位置處具有反式環融合。這種反式環化合物通常被認為是在室溫無溶劑條件下容易聚合和解聚的GBL環，以產生高分子量聚合物。 該聚合物具有增強的熱穩定性，并且可以通過熱解或化學溶解反復和定量地再循環回其單體。
文獻鏈接：A synthetic polymer system with repeatable chemical recyclability（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aar5498）
【五月份】
13、Science：具有納米尺度圖靈結構的聚酰胺膜
浙江大學張林教授（通訊作者）課題組研究嘗試在水相中加入一定量的聚乙烯醇，由于聚乙烯醇和活性劑之間的氫鍵作用增加溶液粘度，降低了活性劑的擴散速率，從而使得活性劑與抑制劑之間的擴散系數差異滿足圖靈結構的產生條件。以此現象為基礎，該研究報道了兩種不同的圖靈結構，其具有良好的透水性和鹽選擇性，在水凈化方面具有重要的應用價值。
文獻鏈接：：Polyamide membranes with nanoscale Turing structures for water purification?(Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aar6308)
14、Science：增強納米尺度金屬晶粒的熱穩定性
中科院沈陽金屬研究所盧柯研究員和李秀艷研究員團隊（共同通訊作者）報道了小于臨界尺寸的金屬晶粒的熱穩定性隨著其晶粒尺寸的減小而增強。研究團隊使用純度為99.97％，表面為粗晶的不含氧Cu棒，在液氮溫度下使用表面機械研磨處理（SMGT）以產生梯度納米表面層，以此形成平均尺寸為?40±2 nm和長徑比為1.7的隨機取向晶粒。對這一類金屬晶粒的研究表明，純銅或鎳在低溫下塑性形變產生納米級晶粒的過程導致部分位錯活化，從而使納米晶粒之間形成低角度晶界，導致納米晶晶界自動從高能態演變到低能態，最終增強了熱穩定性。
文獻鏈接：Enhanced thermal stability of nanograined metals below a critical grain size（Science，2018, DOI: 10.1126/science.aar6941）
15、Nature：逼近范德瓦耳斯金屬-半導體結中的肖特基-莫特極限
加州大學洛杉磯分校的段鑲鋒教授、黃昱教授（共同通訊作者）團隊報道了通過將金屬薄膜原子級地層壓到二維半導體上來創建范德瓦耳斯金屬-半導體結的方法。通過這種方法創建的界面不存在化學鍵合作用，因此可以避免化學性損傷。而由于接近肖特基-莫特極限的肖特基勢壘高度由金屬功函數決定，因此該研究利用具有與MoS2價帶邊緣匹配的功函數的金屬膜（Ag或Pt）獲得了開路電壓為1.02V的Ag-MoS2-Pt光電二極管，不僅在實驗上驗證了理想金屬半導體連接點的基本極限，而且還定義了可用于高性能電子和光電子的金屬集成的高效無損的策略。
文獻鏈接：Approaching the Schottky–Mott limit in van der Waals metal–semiconductor junctions（Nature, 2018, DOI: 10.1038/s41586-018-0129-8）
16、Science：獲得最大ZT值的SnSe晶體
北京航空航天大學大學趙立東和南方科技大學何佳清（共同通訊）等人在773K溫度下實現了在平面外的n型硒化錫（SnSe）晶體中的最大ZT值（?2.8±0.5）。層狀SnSe晶體的熱導率在面外方向[二維（2D）聲子傳輸]中是最低的。而本研究用溴摻雜SnSe以制備具有重疊層間電荷密度（3D電荷輸運）的n型SnSe晶體，連續的相變增加了結構對稱性并使兩個會聚導帶發散。這兩個因素同時改善了載波的移動性，并且保留了很大的Seebeck系數。該研究結果可應用于二維分層材料，并提供了一種新的策略來增強平面外電輸運性能而不降低熱性能。
文獻鏈接：3D charge and 2D phonon transports leading to high out-of-plane ZT in n-type SnSe crystals（Science, 2018, DOI:10.1126/science.aaq1479）
【六月份】
17、Science：仿生觸覺神經系統
斯坦福大學的鮑哲楠教授、首爾大學的Tae-Woo Lee以及南開大學的徐文濤（共同通訊作者）等人報道了一種新型的基于柔性有機電子器件的仿生觸覺神經系統。這一系統由電阻式壓力傳感器、有機環振蕩器以及突觸晶體管組成，壓力傳感器接受的觸覺信號，隨后被有機環振蕩器收集，最后該信號可被突觸晶體管轉變為電流信號，最終完成類神經系統行為。這一仿生神經系統具有非常高的靈敏度，將在機器人手術、義肢感觸等領域發揮重要作用。
文獻鏈接：A bioinspired flexible organic artificial afferent nerve（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aao0098）
18、Nature：石墨烯-氮化物微諧振器中的柵極可調諧頻梳
加州大學洛杉磯分校的姚佰承、Shu-Wei Huang、Chee Wei Wong以及段鑲鋒（共同通訊作者）團隊將柵極可調的光導與氮化硅光子微諧振器耦合，通過改變費米能級來調制其二階和更高階色散從而證明并實現了石墨烯基光學頻率梳的門控腔內可調諧性。研究進一步證明了從周期性孤子晶體到具有缺陷的晶體的電壓可調諧轉換，這種結合了單原子層納米科學和超快光電子的異質石墨烯微腔將有助于提高我們對動態頻率梳和超快光學的理解。
文獻鏈接：Gate-tunable frequency combs in graphene–nitride microresonators（Nature，2018, DOI: 10.1038/s41586-018-0216-x）
19、Nature：具有程控鐵磁疇的3D打印軟材料
麻省理工學院趙選賀（通訊作者）等報道了軟材料中程控鐵磁疇的3D打印，通過磁驅動實現復雜3D形狀之間的快速轉換。研究方法是基于含有鐵磁微粒的彈性體復合材料的直接墨水書寫。通過在打印時向分配噴嘴施加磁場，研究人員沿著施加的場重新定向粒子以將打印的細絲賦予圖案化的磁極性。這種方法能夠在復雜的3D打印軟材料中程控鐵磁疇，從而實現一系列先前無法獲得的轉換模式。
文獻鏈接：Printing ferromagnetic domains for untethered fast-transforming soft materials（Nature, 2018, ?DOI: 10.1038/s41586-018-0185-0）
20、Science：狄拉克源晶體管
北京大學的張志勇教授、彭練矛教授（通訊作者）課題組團隊提出了一種可以替代MOS晶體管的新型超低功耗場效應管。這種場效應管采用具有特定摻雜的石墨烯作為一個“冷”電子源，用半導體碳納米管作為有源溝道，并以高效的頂柵結構構建出狄拉克源場效應晶體管，最終在實驗上實現了室溫下40 mV/DEC左右的亞閾值擺幅。狄拉克源晶體管的發明在保持傳統MOS晶體管的高性能的前提下突破了晶體管室溫亞閾值擺幅的熱發射理論極限，有望將集成電路的工作電壓降低到0.5 V及以下，為未來的集成電路技術提供解決方案。
文獻鏈接：Dirac-source field-effect transistors as energy-efficient, high-performance electronic switches（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aap9195）
21、Science：范德華異質結構中的巨隧道磁電阻
在美國華盛頓大學Xiaodong Xu教授，香港大學姚望教授和美國卡耐基梅隆大學Di Xiao（共同通訊作者）等報告了基于范德華（vdW）異質結構的多自旋過濾器磁隧道結（sf-MTJs）的基本結構，其由兩個原子級薄CrI3隧道勢壘隔開的幾層石墨烯接觸組成。該團隊展示了隧道磁阻隨著CrI3層厚度的增加而急劇增加的現象，特別是在低溫下使用四層sf-MTJs的磁性多層結構達到創紀錄的19000％。使用磁性圓二色性測量發現將這些現象歸因于原子級CrI3的本征逐層反鐵磁有序性。該團隊的工作揭示了將磁信息存儲推向原子極限的可能性，并且突出顯示了CrI3作為vdW異質結自旋電子器件的最高磁隧道勢壘。
文獻鏈接：Giant tunneling magnetoresistance in spin-filter van der Waals heterostructures（Science, 2018, DOI：10.1126/science.aar4851）
22、Science：鈣鈦礦太陽能電池新突破
北京大學朱瑞研究員、牛津大學Henry J. Snaith教授和英國薩里大學張偉博士（共同通訊作者）等報道了通過使用溶液處理的二次生長（SSG）技術，在膜的頂部表面附近提供更寬的帶隙區域，并形成更多的n型鈣鈦礦膜，從而導致開路電壓（Voc）大幅增加。該團隊使用非化學計量的配方(FA0.95PbI2.95)0.85(MAPbBr3)0.15制備混合陽離子鉛混合鹵化物鈣鈦礦層，這種方法產生了更寬的帶隙頂層和更多的n型鈣鈦礦薄膜，從而減少非輻射復合，導致Voc增加高達100毫伏。團隊在不犧牲光電流的情況下實現了1.21V的高Voc，對應于1.62V帶隙下0.41V的電壓不足。這一改善使得最大功率點的穩定輸出功率接近21％。
文獻鏈接：Enhanced photovoltage for inverted planar heterojunction perovskite solar cells（Science, 2018, DOI：10.1126/science.aap928
2018年 nature/science大盤點：
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本文由材料人編輯部學術組木文韜提供，材料牛編輯整理。
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