單一手性碳納米管范德華晶體
近日，上海交通大學物理與天文學院史志文教授、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構，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晶體管器件。
研究顯示，通過催化化學氣相沉積（CVD）方法在hBN基底上生長SWNT陣列，達到了高對準和手性一致性。分子動力學模擬結果表明，這種自組裝生長機制主要由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動。由所生長的SWNT陣列制作的場效應晶體管（FET）在室溫下表現(xiàn)出高性能，遷移率高達每伏每秒2000平方厘米，開關比達到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中的捆綁和無序等方面的挑戰(zhàn)。
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。
圖：密集排列的SWNT二維陣列結構。（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-聚合物增強鈣鈦礦結構提高太陽能電池耐久性
近日，華東理工大學材料學院清潔能源材料與器件團隊侯宇教授、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)定性的關鍵機制——光機械誘導分解效應，提出石墨烯-聚合物機械增強鈣鈦礦材料的新方法，制備的太陽能電池器件在標準太陽光照及高溫下的T97工作壽命創(chuàng)下3670小時新紀錄，該研究成果將為鈣鈦礦太陽電池的產(chǎn)業(yè)化應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構演變是限制太陽能電池操作耐久性的主要原因。研究團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)演變引起的結構損傷，還物理地保護了薄膜，阻止了移動物質(zhì)的橫向擴散。
實驗結果表明，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%初始光電轉換效率。這一顯著的耐久性展示了該機械增強鈣鈦礦太陽能電池在工業(yè)化大規(guī)模應用中的巨大潛力。
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。
圖：單層石墨烯-鈣鈦礦異質(zhì)結的制備。(A) 光照誘發(fā)鈣鈦礦晶體轉變 （B）轉移過程示意圖 (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圖和相應的元素面分布圖
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