頂刊動態丨Nature子刊/AM等期刊電子材料前沿最新科研成果精選【第25期】

本期精選預覽：Nano Lett. RIP散射：石墨烯/二氧化硅界面熱傳輸；Adv. Mater. 單層MoS2襯底誘導的局部應變引起的坑狀間接帶隙；Nano Lett. 準一維范德瓦爾斯晶體直接制備功能性超薄單晶納米線；Adv. Funct. Mater. “直寫法”制備多響應雙向彎曲致動器；Adv. Funct. Mater. 用于飛秒激光鎖模的WTe2缺陷微片；ACS Nano：由摩擦納米發電機制成的自供電無線智能傳感器節點；Adv. Funct. Mater. 高靈敏、可穿戴、耐用的應變傳感器和可伸縮導體；ACS Nano 大規模石墨烯/h-BN霍爾元件：無磁場傳感器性能的預測；Nat. Commun. 用于絕緣體相變的自旋電流探頭；Nat. Commun. 具有超高開關比的范德華異質結二端浮柵存儲器；ACS Nano：通過活性氧和水洗制備超薄黑磷片；Adv. Mater. 通過超禁帶光照射在鐵電絕緣體中構建自由載流子補償的帶電疇壁。

1、Nano Lett. RIP散射：石墨烯/二氧化硅界面熱傳輸

圖1 石墨烯場效應晶體管的器件結構、表征及測量

新加坡國立大學的Yee Kan Koh（通訊作者）等人提出利用電壓調制熱反射（VMTR）的泵浦探針技術直接測量靜電場下界面處熱電導的變化，并借此來研究RIP散射在二維材料熱傳輸中所起到的作用。該團隊利用VMTR法確定了，RIP散射主導的本征石墨烯與二氧化硅界面處熱傳輸的上限，同時確認了即使在載流子密度達到4×10^12cm^-2時，在界面熱傳輸中由RIP散射所引起的占的比例小于2%。

文獻鏈接：Role of remote interfacial phonon (RIP) scattering in heat transport across graphene/SiO2 interfaces （Nano Lett., 2016, DOI:10.1021/acs.nanoletter.6b01709）

2、Adv. Mater. 單層MoS2襯底誘導的局部應變引起的坑狀間接帶隙

圖2 價帶和導帶邊的電導差異映射圖

韓國基礎科學研究院的Young Hee Lee（通訊作者）以及Bong Gyu Shin（通訊作者）等人報告了原生SiO2襯底固有的形態起伏引起的局域彎曲應變使得單層MoS2產生高達1.23–2.65 eV的帶隙變化，當應變大于1.5%時，大約80%的二硫化鉬區域轉化為間接帶隙，這可以通過發光強度得顯著降低得到進一步地證實。

文獻鏈接：Indirect Bandgap Puddles in Monolayer MoS2 by Substrate-Induced Local Strain (Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201602626)

3、Nano Lett. 準一維范德瓦爾斯晶體直接制備功能性超薄單晶納米線

圖3 TPdS的晶體結構

美國杜蘭大學的Jiang Wei （通訊作者）等人提出了直接從高質量體材料中制備一維納米結構的新戰略，以避免傳統合成中的一些固有問題。在本文中，研究人員證明了尺寸小至六個分子帶的一維納米線，可以通過簡單的微機械剝離法在Ta2(Pd or Pt)3Se8 系統中很容易地制備出來。

文獻鏈接：Direct Fabrication of Functional Ultrathin Single-Crystal Nanowires from Quasi-One-Dimensional van der Waals Crystals (Nano Lett., 2016, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b02453)

4、Adv. Funct. Mater. “直寫法”制備多響應雙向彎曲致動器

圖4（a）膜層結構圖 (b)樣品實物照片 (c) 石墨涂層的SEM圖

福建師范大學的陳魯倬（通訊作者）、張薇（通訊作者）和清華大學的劉長洪（通訊作者）及其各自團隊相互協作，利用石墨、紙張以及聚合物制備了一種多響應彎曲致動器，其中石墨的沉積利用“直寫法”（用鉛筆直接在紙上寫）。由濕度致動的多響應致動器可實現曲率為1.7cm-1的大彎曲，該致動機構基于紙的“干縮濕脹”原理；當近紅外光和電致動時，多響應致動器分別顯示了曲率為1.9cm-1和2.6 cm-1的大彎曲。該研究利用了雙模式的致動機構，其中一種機制同樣是紙的“干縮濕脹”，另一種則是利用紙和聚合物極大的熱膨脹系數差。基于此，他們設計制作了豐富多彩的仿生花，可模仿花的閉合和綻放過程。此外還有能夠在干燥的晴天開放，雨天自動關閉的智能窗簾。這些特征表明，多響應致動材料在人工肌肉、仿生應用以及智能家居等方面有著巨大的應用前景。

文獻鏈接：Multiresponsive Bidirectional Bending Actuators Fabricated by a Pencil-on-Paper Method（Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602772）

5、Adv. Funct. Mater. 用于飛秒激光鎖模的WTe2缺陷微片

圖5 WTe2微片的（a）掃描電子顯微圖（b）原子力顯微圖 （c）沿（b）中橫線方向的剖面高度

韓國科學技術研究院的Young Min Jhon（通訊作者）和首爾大學的Ju Han Lee（通訊作者）及其各自團隊一同協作，通過對一種能夠產生超短激光脈沖的快速鎖模基礎材料——WTe2微片進行系統研究，旨在求證高質量的單層或數層過渡金屬二硫屬化物對實際飽和吸收體是否有著至關重要的作用。為此，他們將聚乙烯醇與WTe2缺陷微片復合成膜，測試發現其為一種能夠產生飛秒光纖激光脈沖的有效可飽和吸收介質。經密度泛函理論計算，WTe2微片的氧化和表面缺陷在近紅外范圍內并沒有降低其飽和吸收性能。也就是說，飽和吸收是過渡金屬二硫屬化物的固有屬性，不依賴于它們的結構維度。該項研究結果為過渡金屬二硫屬化物為基礎的飽和吸收體的發展提供了一個新的方向。

文獻鏈接：Near-Infrared Saturable Absorption of Defective Bulk-Structured WTe2 for Femtosecond Laser Mode-Locking (Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602664)

6、ACS Nano：由摩擦納米發電機制成的自供電無線智能傳感器節點

圖6 自供電無線智能傳感器

近期，中國科學院北京納米能源與系統研究所楊亞研究員（通訊作者）等人報道了一種利用超穩定、高效和超疏水表面的摩擦納米發電機（TENG）對風能的可持續供電的無線智能溫度傳感器節點。在12米/秒的風速下連續工作14小時，TENG的電壓、電流輸出并沒有下降。通過電源管理電路，TENG可提供恒定的3.3 V電壓輸出和約100毫安電流脈沖輸出，可實現電容器高效的能量存儲。TENG可持續給發送實時溫度數據到距離26米iPhone上的無線智能溫度傳感器節點。

文獻鏈接：Self-Powered Wireless Smart Sensor Node Enabled by an Ultrastable, Highly Efficient, and Superhydrophobic-Surface-Based Triboelectric Nanogenerator（ACS Nano,?2016,?DOI: 10.1021/acsnano.6b05815）

7、Adv. Funct. Mater. 高靈敏、可穿戴、耐用的應變傳感器和可伸縮導體

圖7 石墨烯板表征

近日，澳大利亞南澳大學的Jun Ma（通訊作者）等人基于由石墨烯板（GnPs）和硅膠組成的復合膜，設計了一種制作高性能復合材料應變傳感器和可伸縮導體的簡單、性價比高和可擴展的方法。通過利用實驗數據計算隧穿理論表明，復合膜具有理想的線性和重復性及好的拉伸應變靈敏度。此外，不同日子制備的復合膜傳感器的性能相同，表明其可成為檢測從手指彎曲到脈沖的各種人體運動的健康監測設備。可伸縮導體是用聚二甲基硅氧烷涂抹、封裝GNPs制備的另一復合材料制成的，這種結構使得導體可隨意彎曲和伸展，同時具有足夠的機械強度和循環性能。

文獻鏈接：Highly Sensitive, Wearable, Durable Strain Sensors, and Stretchable Conductors Using Graphene/Silicon Rubber Composites（Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602619）

8、ACS Nano 大規模石墨烯/h-BN霍爾元件：無磁場傳感器性能的預測

圖8 石墨烯/h-BN霍爾器件的制備過程

韓國基礎科學研究院的Young Hee Lee和成均館大學的Dongseok Suh（共同通訊作者）等人利用光刻技術和CVD工藝實現了一種石墨烯/h-BN異質結的高質量石墨烯霍爾元件（GHE）陣列。在底層h-BN的作用下，GHE展現了優異的性能，最高標準電流敏感度可達1986V/AT，最小磁場分辨率0.5mG/Hz^1/2（f=300HZ）和大于74dB的有效動力學范圍。此外，他們提出了一個預測分析模型，可以在無磁場的情況，從跨導數據中預測GHE的磁場傳感性能。這些工作表明了大規模制備方法制作的高性能石墨烯器件的可行性。

文獻鏈接：Large-Scale Graphene on Hexagonal-BN Hall Elements: Prediction of Sensor Performance without Magnetic Field（ACS Nano, 2016, DOI:?10.1021/acsnano.6b04547）

9、Nat. Commun. 用于絕緣體相變的自旋電流探頭

圖9 物理概念和樣品結構

日本東北大學Dazhi Hou (通訊作者)等人研究發現自旋泵浦，多用于納米自旋器件，可以為自旋轉變提供臺式微探針，自旋電流是無電荷時自旋的通量，其輸運行為反映出自旋激勵。他們通過頻率依賴型自旋電流傳輸測量技術證實了超薄CoO薄膜中存在反鐵磁轉變。

文獻鏈接：Spin-current probe for phase transition in an insulator（Nat. Commun., 2016, DOI:10.1038/ncomms12670）

10、Nat. Commun. 具有超高開關比的范德華異質結二端浮柵存儲器

圖10 隧穿隨機存儲器健（TRAM）的器件結構和能級示意圖

韓國基礎科學研究院的Young Hee Lee和成均館大學的Woo Jong Yu（共同通訊作者）等人報道了一種有單層MoS2/h-BN/單層石墨烯垂直堆疊而成的兩端浮柵隨機存儲器。該器件用兩端電極在MoS2溝道材料上加載電流，同時通過h-BN隧穿勢壘控制石墨烯的充放電。當h-BN層發生了有效的電荷隧穿，電荷將存儲在石墨烯層。該器件具有極低的關態電流（10^-14A），高達10^9的超高開關比，高出已報道兩端存儲器的10^3倍。此外，由于缺少了厚的剛性氧化層，該器件可用于柔性電子集成。

文獻鏈接：Two-terminal floating-gate memory with van der Waals heterostructures for ultrahigh on/off ratio（Nat. Commun., 2016, DOI:10.1038/ncomms12725）

11、ACS Nano：通過活性氧和水洗制備超薄黑磷片

圖11 超薄黑磷片制備示意圖

韓國浦項科技大學的Sunmin Ryu（通訊作者）和韓國標準科學研究院的Jeong Won Kim（通訊作者）等人報道了一種光化學刻蝕的方法，將層-層堆疊的黑磷（BP）薄膜減薄到少量的片層或單層，并且保證其拉曼光譜和光致發光特性。由O2光解氧化BP，形成類似P2O5的氧化物，從而產生臭氧分子。當所得磷氧化物被水洗去后，BP表面達到預設的厚度，且非常平整，其表面氧官能團也可以對其進行保護。這種方法提供了BP和其他可以通過控制厚度調節帶隙的二維半導體的制備方法。

文獻鏈接：Ultrathin and Flat Layer Black Phosphorus Fabricated by Reactive Oxygen and Water Rinse (ACS Nano, 2016, DOI: 10.1021/acsnano.6b04194)

12、Adv. Mater. 通過超禁帶光照射在鐵電絕緣體中構建自由載流子補償的帶電疇壁

圖12 經過光照等處理的BaTiO3單晶中帶電疇壁的光學顯微圖和模擬圖

瑞士洛桑聯邦理工學院的Petr Bednyakov（通訊作者）和Tomas Sluka（通訊作者）等人成功在室溫條件下，用較為簡單的方法在高化學計量比的BaTiO3單晶中構建出了穩定的帶電疇壁。他們先對BaTiO3單晶樣品施加大于E四方-正交(3kv/mm)的外部電壓，在保持外部電壓的同時，再對樣品進行紫外光的照射。紫外光會使樣品激發產生自由載流子，從而導致樣品溫度上升，樣品所處電壓有所下降，樣品發生正交到四方的轉變，同時帶電疇壁開始形成。自由載流子的補償作用使產生的帶電疇壁能穩定存在。之后撤掉外部電壓或光照，樣品的帶電疇壁也不會消失。他們的工作也能應用于其他鐵電單晶或薄膜中，讓人們能更自由地通過電子補償來構建帶電疇壁（絕緣材料的導電通道），在納米電子等領域具有重要意義。

文獻鏈接：Free-Carrier-Compensated Charged Domain Walls Produced with Super-Bandgap Illumination in Insulating Ferroelectrics（Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201602874）

本期內容由材料人電子電工學術組李小依，forest，天行健，Newgate，徐瑞，靈寸，一棵松等人供稿，材料牛編輯整理。

如果你對電子材料感興趣，愿意與電子電工領域人才交流，并且想及時掌握電子材料研究學術動態并深入剖析行業現狀，請加入材料人電子電工材料學習小組(加入方式：點擊此處報名或者申請加入我們QQ群：482842474)