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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)。

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

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。

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