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            頂刊速遞 《Science》最新研究集錦,看我們的用戶如何帶領(lǐng)電鏡科技

            閱讀:18      發(fā)布時間:2025-5-14
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            單一手性碳納米管范德華晶體


            近日,上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院史志文教授、梁齊教授與合作者在《Science》上發(fā)表題為“Homochiral carbon nanotube van der Waals crystals"的研究論文,論文以First Release的形式在Science網(wǎng)站提前在線發(fā)表。該研究開發(fā)了一種制備碳納米管陣列的全新方法,成功實現(xiàn)了單一手性平行密排碳納米管陣列的直接生長,得到了碳納米管范德華晶體結(jié)構(gòu),并演示了所制備的碳納米管陣列可用于制造高性能場效應(yīng)晶體管器件。

            研究顯示,通過催化化學(xué)氣相沉積(CVD)方法在hBN基底上生長SWNT陣列,達(dá)到了高對準(zhǔn)和手性一致性。分子動力學(xué)模擬結(jié)果表明,這種自組裝生長機(jī)制主要由SWNT之間的范德華吸引力以及SWNT在原子平滑hBN基底上的超低滑動摩擦力驅(qū)動。由所生長的SWNT陣列制作的場效應(yīng)晶體管(FET)在室溫下表現(xiàn)出高性能,遷移率高達(dá)每伏每秒2000平方厘米,開關(guān)比達(dá)到10^7,最大電流密度約為每微米6毫安。

            單壁碳納米管(SWNT)因其超高載流子遷移率、優(yōu)異的熱導(dǎo)率和納米級尺寸,是下一代電子材料的有力候選者。本研究通過在hBN基底上直接生長二維(2D)密集排列的SWNT陣列的方法,解決了傳統(tǒng)CVD方法中的手性選擇性、去除組裝后表面活性劑和聚合物以及減少陣列對準(zhǔn)中的捆綁和無序等方面的挑戰(zhàn)。

            在這項研究中


            SWNT的橫截面樣品由雙束電鏡Scios 2制備。Titan ChemiSTEM配備的球差校正器獲得的原子尺度下SWNT在hBN基底上的高分辨圖像可測量得出納米管之間的間隔為0.33nm。

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            圖:密集排列的SWNT二維陣列結(jié)構(gòu)。(A,B,C,D)AFM圖像(E)SWNT示意圖 (F) SWNT橫截面STEM圖像


            新型石墨烯-聚合物增強(qiáng)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)提高太陽能電池耐久性


            近日,華東理工大學(xué)材料學(xué)院清潔能源材料與器件團(tuán)隊侯宇教授、楊雙教授等在《Science》發(fā)表了題為“Graphene-polymer reinforcement of perovskite lattices for durable solar cells"的最新研究成果。該研究發(fā)現(xiàn)了鈣鈦礦光伏不穩(wěn)定性的關(guān)鍵機(jī)制——光機(jī)械誘導(dǎo)分解效應(yīng),提出石墨烯-聚合物機(jī)械增強(qiáng)鈣鈦礦材料的新方法,制備的太陽能電池器件在標(biāo)準(zhǔn)太陽光照及高溫下的T97工作壽命創(chuàng)下3670小時新紀(jì)錄,該研究成果將為鈣鈦礦太陽電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供全新解決方案。

            該研究揭示了在電場、溫度和光照的作用下,鈣鈦礦薄膜的晶格變形和結(jié)構(gòu)演變是限制太陽能電池操作耐久性的主要原因。研究團(tuán)隊通過在鈣鈦礦薄膜中引入石墨烯和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)增強(qiáng)界面,顯著提高了薄膜的硬度和模量。具體來說,單層石墨烯和PMMA的協(xié)同效應(yīng)可以減少光致晶格膨脹,并將變形率從0.31%減少到0.08%。這種方法不僅最大限度地減少了由于晶格動態(tài)演變引起的結(jié)構(gòu)損傷,還物理地保護(hù)了薄膜,阻止了移動物質(zhì)的橫向擴(kuò)散。

            實驗結(jié)果表明,在90℃、AM 1.5 G全光譜光照下,包含石墨烯-PMMA界面的太陽能電池在最大功率點跟蹤操作3670小時后,仍保持超過97%初始光電轉(zhuǎn)換效率。這一顯著的耐久性展示了該機(jī)械增強(qiáng)鈣鈦礦太陽能電池在工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用中的巨大潛力。

            在這項研究中


            Talos F200X 在STEM模式下獲取了高分辨的石墨烯-聚合物耦合界面橫截面HAADF圖,其配備的先進(jìn)的鏡筒內(nèi)Super-X能譜探測器獲得原子尺度下石墨烯-聚合物耦合界面的元素分布信息。

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            圖:單層石墨烯-鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)的制備。(A) 光照誘發(fā)鈣鈦礦晶體轉(zhuǎn)變 (B)轉(zhuǎn)移過程示意圖 (C) 掃描電鏡圖(D)拉曼光譜圖 (E) 拉曼相圖 (F) 石墨烯-聚合物耦合界面橫截面示意圖和透射電鏡圖 (G)高分辨透射電鏡圖 (H)HADDF圖和相應(yīng)的元素面分布圖




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