Gần đây, từ Đại học Illinois, Đại học Michigan,Đại học bang PennsylvaniaKristen A. Fichthorn, Sharon C. Glotzer, Qian Chen là đồng tác giả của một bài báo trên tạp chí Nature có tựa đề "Patchy nanoparticles by atomic stencilling".

Giới thiệu về Viện Nghiên cứu Tâm lý người sử dụng ma túy (PSD) (NP）。 Các kỹ thuật khuôn mẫu truyền thống chủ yếu dựa vào các phương pháp sản xuất vi mô từ trên xuống dưới, chẳng hạn như kỹ thuật in thạch bản, được thực hiện bằng cách tạo mẫu trên mặt nạ. Tuy nhiên, các phương pháp này bị hạn chế trong việc thu nhỏ hơn nữa kích thước tính năng cũng như áp dụng cho các bề mặt ba chiều phức tạp. Ngược lại, các nhà nghiên cứu đã phát triển quy luật mẫu nguyên tử sử dụng quá trình tự lắp ráp từ dưới lên để đạt được mô hình hóa chính xác ở cấp độ nano thông qua các phản ứng hóa học hoặc tương tác vật lý.

Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã điều chế thành công tới 20 loại hạt nano khác nhau với các đốm polymer đồng nhất cao trên bề mặt bằng cách sử dụng một lớp phụ iodua hấp phụ bề mặt làm mặt nạ và phủ polymer vào các khu vực không bị che khuất thông qua phối tử trung gian. Thông qua lý thuyết tỷ lệ polymer và mô phỏng động lực học phân tử, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các hạt đốm được tạo ra bởi phương pháp này có hình dạng độc đáo chưa từng có. Các hạt nano với các đốm polymer này có khả năng tự lắp ráp thành các mạng siêu tinh thể không chặt chẽ khác nhau do các đốm đồng nhất cao của chúng.

Nghiên cứu này không chỉ là một bước đột phá quan trọng trong việc lập bản đồ quy mô nano, mà còn mở ra những con đường mới cho hóa học chính xác, khả năng phản ứng và kiểm soát tương tác của các chất nền khác. Công nghệ này hứa hẹn sẽ được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực phân phối thuốc chính xác, xúc tác, vi điện tử, siêu vật liệu tích hợp và kỹ thuật mô.

Hình ảnh: Khối bát diện được bọc bằng iodua

Một nghiên cứu gần đây về các mạng siêu tinh thể non-vdW đã được công bố trên tạp chí Nature với tiêu đề "Non-van der Waals superlattices of carbides and carbonitrides". Học viện Khoa học và Công trình vật liệu Đại học Hàng không vũ trụ Bắc Kinh Dương Thụ Bân là tác giả thông tin.

Theo truyền thống, các mạng siêu tinh thể nhân tạo được xây dựng từ các lớp nguyên tử bằng cách xếp chồng lên nhau từng lớp hoặc tăng trưởng kéo dài theo trình tự, chẳng hạn như các mạng siêu tinh thể graphene. Mạng siêu tinh thể van der Waals này hạn chế hiệu suất của nó do khớp nối giao diện yếu. Nhóm nghiên cứu này đã đề xuất một phương pháp tổng hợp hiệu quả cao đã tạo ra thành công các siêu tinh thể không van der Waals của một loạt các cacbua và cacbua. Các mạng siêu tinh thể này được thực hiện thông qua các chiến lược uốn qua trung gian độ cứng bằng cách liên kết hydro giữa các lớp.

Bước quan trọng trong nghiên cứu là tùy chỉnh độ cứng uốn của lớp nguyên tử xuất phát từ pha MAX bằng cách tạo ra các khoảng trống kim loại trong lớp MX, do đó kích hoạt các cuộn có trật tự dưới biến dạng uốn nhanh. Không giống như các siêu mạng Van der Waals, các siêu mạng không vdW này có liên kết hydro, cung cấp các khớp nối electron giữa các lớp mạnh mẽ, tập trung cao các chất mang điện tích (10)²²cm⁻³）。 Do đó, các siêu mạng này thể hiện khoảng 30.000 S cm.⁻¹Độ dẫn điện đáng kể, gấp khoảng 22 lần so với đối tác của nó.

Trong các ứng dụng che chắn nhiễu điện từ, màng lưới siêu tinh thể không vdW tối ưu cho thấy hiệu ứng che chắn vượt trội ở 124 dB, vượt qua bất kỳ vật liệu tổng hợp nào được biết đến với độ dày tương tự. Các mạng siêu tinh thể không vdW dự kiến sẽ mở rộng đáng kể nền tảng vật liệu, cung cấp thành phần và cấu trúc tinh thể đa dạng, mở ra khả năng phát triển mới trong các hệ thống xếp chồng nhân tạo.

Minh họa: Mô tả TEM của siêu mạng

Viện Đại học Rensselaer,Đại học bang FloridaYunfeng Shi, Hanwei Gao và Jian Shi đã công bố kết quả nghiên cứu của mình với tư cách là tác giả của cuốn sách "Long-distance remote epitaxy". Nghiên cứu cho thấy những đột phá mới trong công nghệ mở rộng từ xa, mở ra những cơ hội mới cho sự phát triển của các thiết bị điện tử và quang điện tử.

Mở rộng từ xa là một kỹ thuật thiết lập mối quan hệ mở rộng giữa màng mỏng và chất nền thông qua tương tác từ xa, cho phép tăng trưởng lớp mở rộng đơn tinh thể chất lượng cao và chuyển nó sang các chất nền quan trọng khác. Khoảng cách tác động của phần mở rộng từ xa thường được coi là nhỏ hơn 1 nanomet theo quan điểm thông thường, vì điện thế phân rã nhanh chóng sau một vài khoảng cách nguyên tử. Tuy nhiên, nghiên cứu của nhóm nghiên cứu của Giáo sư Jian Shi cho thấy khoảng cách hoạt động kéo dài từ xa có thể đạt từ 2 đến 7 nanomet.

Trong các thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc đạt được sự mở rộng từ xa của màng CsPbBr3 trên cơ sở NaCl, sự mở rộng từ xa của màng KCl trên cơ sở KCl và sự mở rộng từ xa của các thanh vi ZnO trên GaN. Nghiên cứu đã tìm thấy một lỗi vị trí bên dưới mỗi microbar ZnO mở rộng từ xa dưới cơ sở GaN, cho thấy rằng việc mở rộng từ xa có thể được thiết kế và kỹ thuật thông qua các khiếm khuyết điều khiển.

Extension từ xa là một công nghệ tăng trưởng mở rộng mới nổi dự kiến sẽ mở ra nhiều cơ hội để thiết kế các thiết bị điện tử và quang điện tử tiên tiến, thoát khỏi những hạn chế của khái niệm kết hợp mạng. Trong phần mở rộng từ xa, một lớp vật liệu hai chiều điển hình hoạt động như một lớp đệm mờ tĩnh điện, với tiềm năng cơ bản yếu đi nhưng vẫn đủ mạnh để hướng dẫn sự hình thành và tăng trưởng của nguyên tử. Tương tác yếu giữa màng và chất nền cho phép các thành phần màng được chuyển sang các chất nền khác hoàn toàn khác về mặt hóa học hoặc cấu trúc trong các bước tiếp theo.

Nhóm nghiên cứu đã chứng minh các ứng dụng của công nghệ mở rộng từ xa trên các vật liệu khác nhau bao gồm GaAs, InP, GaP, VO₂, SrTiO₃và batio₃và cofe ₂O₄và Y₃Fe₅O₁₂Từ Pb(Mg)_1/3Nb_2/3(O)₃--PbTiO₃Từ CsPbBr₃、 GaN, ZnO và AlN, và áp dụng các bộ phim mở rộng từ xa cho nhiều thiết kế và triển khai thiết bị khác nhau, bao gồm các điốt có thể cấu hình lại, thiết bị điện từ, điốt phát sáng, máy dò quang điện và da điện tử.

Các ứng dụng tiềm năng của công nghệ này không chỉ giới hạn ở sự phát triển của các bộ phim đơn tinh thể chất lượng cao mà còn cải thiện hiệu suất và tự do thiết kế của các thiết bị điện tử và quang điện tử. Bước đột phá này trong phần mở rộng từ xa cung cấp một cái nhìn mới về các ứng dụng khoa học và kỹ thuật vật liệu trong tương lai.

Bản đồ. Tăng trưởng ZnO trên A-C/GaN

Tác giả cuốn sách A full featured 2D flash chip enabled by system integration

Bài báo giới thiệu một chip flash NOR đầy đủ chức năng với lõi là vật liệu 2D, cho phép tích hợp hệ thống thông qua công nghệ thiết bị cấp nguyên tử đến chip (ATOM2CHIP). Công nghệ này kết hợp các thiết bị điện tử 2D vượt trội làm lõi lưu trữ và được trang bị nền tảng CMOS mạnh mẽ để hỗ trợ điều khiển hướng dẫn phức tạp. Bản thiết kế công nghệ ATOM2CHIP bao gồm quy trình chip full-stack và thiết kế hệ thống đa nền tảng, cung cấp một khuôn khổ hoàn chỉnh cho quá trình chuyển đổi từ khái niệm thiết bị mới nổi sang chip hiện hành.

Quy trình chip full-stack này được thiết kế đặc biệt để kết hợp các quy trình tích hợp phẳng, kiến trúc ba chiều và đóng gói chip, đảm bảo tỷ lệ tốt 94,34%. Thiết kế hệ thống đa nền tảng xử lý thiết kế mạch 2D với thiết kế xác minh khả năng tương thích mô-đun 2D-CMOS, cuối cùng đạt được một chip đầy đủ chức năng với các lệnh 8 bit và hướng dẫn phức tạp cao song song 32 bit.

Bài báo cho thấy các vật liệu 2D thể hiện các đặc tính điện tử vượt trội ngay cả ở độ dày một lớp và cấu trúc không đồng nhất của van der Waals cho phép các dải điện tử được điều chỉnh tốt. Những đặc điểm này cho phép các thiết bị điện tử 2D tiếp tục khả năng mở rộng của công nghệ silicon và tạo ra các cơ chế thiết bị cơ bản. như ICThiết bị bán dẫnMột minh chứng cho thấy bộ nhớ flash 2D cho thấy tốc độ lập trình đường hầm Fowler-Nordheim nhanh hơn và lợi thế thu phóng chiều dài kênh tốt hơn so với bộ nhớ flash silicon (công nghệ lưu trữ không biến động chính thống).

Trong những năm gần đây, nghiên cứu về chất bán dẫn 2D tích hợp đã nhận được sự chú ý ngày càng tăng, cả trong ngành công nghiệp và học viện. Thiết bị điện tử 2D với silicon trưởng thànhMạch logic CMOSKết hợp, sẽ là cách lý tưởng để chứng minh lợi thế của thiết bị điện tử 2D ở cấp độ hệ thống, đẩy nhanh quá trình chuyển đổi thiết bị mới nổi từ phòng thí nghiệm sang nhà máy. Nghiên cứu trong bài báo đề xuất một chiến lược tích hợp hệ thống hiệu quả cho thấy sự vượt trội của các hệ thống điện tử 2D.

Hình ảnh STEM của chip flash 2D

Gần đây, Zhao Yixin, Chen Yuetian, Muoyfeng và Guo Yongsheng từ Đại học Giao thông Thượng Hải đã xuất bản một bài báo nghiên cứu với tiêu đề "A matrix-confined molecular layer for perovskite photovoltaic modules" trên tạp chí Nature với tư cách là đồng tác giả.

Vật liệu perovskite đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu trong lĩnh vực quang điện trong những năm gần đây do tính chất quang điện tuyệt vời của nó. Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (PCEDần dần tiếp cận các tế bào silicon thương mại, mở đường cho các ứng dụng công nghiệp hóa của chúng. Tuy nhiên, hầu hết các tế bào năng lượng mặt trời perovskite đảo ngược hiệu quả hiện nay vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức do các vấn đề về tập hợp và kỵ nước của các phân tử tự lắp ráp (SAM).

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã đề xuất một chiến lược "ma trận phân tử tự lắp ráp" (SAM-in-matrix), phá vỡ các vấn đề kết hợp gây ra bởi sự tích tụ phân tử ban đầu bằng cách phân phối một phần của các phân tử tự lắp ráp trong một ma trận boron ba (pentafluorophenyl) ổn định. Kết quả mô phỏng và thí nghiệm lưới hai chiều Monte Carlo cho thấy chiến lược này có thể tạo ra các kênh truyền tải điện tích hiệu quả cao. Các thiết bị dựa trên lớp vận chuyển lỗ SAM-in-matrix (HTL) này cho thấy hiệu quả cao hơn nói chung trong các phân tử tự lắp ráp khác nhau, với độ che phủ bề mặt chặt chẽ, độ dẫn điện tốt và giảm đáng kể khoảng trống nano bị chôn vùi. Hơn nữa, chiến lược này cho thấy tiềm năng ứng dụng đáng kể trong quy mô sản xuất.

Việc sử dụng SAM-in-matrix HTL trên chất nền FTO/NiOx góp phần tạo thành một bộ phim diện tích lớn perovskite với chất lượng tinh thể tốt và độ dẫn tăng cường. Cuối cùng, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công các mô-đun năng lượng mặt trời perovskite diện tích lớn lên tới 1m × 2m và thiết lập kỷ lục mới với hiệu suất chứng nhận 20,05%.

Ảnh: Perovskite tại NiOx. Me4PA@BCF Sơ đồ HRTEM cho chất nền

Gần đây, Timothy Pennycook, Đại học Antwerp, Bỉ, Dou Letian, Đại học Purdue, Mỹ đã công bố một bài báo nghiên cứu có tựa đề "Atomically resolved edges and defects in lead halide perovskites". Nghiên cứu của họ cho thấy cấu trúc nguyên tử chi tiết và các đặc tính động của các cạnh và khiếm khuyết của vật liệu perovskite halogen chì.

Perovskite halogen chì là một vật liệu bán dẫn hữu cơ vô cơ với hiệu quả chi phí vượt trội và tính chất quang điện thú vị, được chú ý nhiều. Tuy nhiên, do độ nhạy cực cao của nó, cho đến nay rất khó để có được hình ảnh sắc nét của các cạnh của nó. Sử dụng công nghệ kính hiển vi điện tử truyền qua quét bốn chiều tiên tiến để chụp ảnh chồng chéo với liều lượng cực thấp, nhóm nghiên cứu đã tiết lộ lần đầu tiên cấu trúc của các cạnh perovskite và các khiếm khuyết bên trong ở độ phân giải nguyên tử. Nghiên cứu đã phát hiện ra rằng trong methylammonium chì iodide (MAPbI3), sự chấm dứt cạnh của methylammonium và iốt chiếm đa số, và tỷ lệ thiệt hại cho các khuyết tật cạnh và bên trong có liên quan đến nồng độ và loại khoảng trống có mặt, đặc biệt là sự hiện diện của khoảng trống iốt có liên quan đến tỷ lệ thiệt hại cao hơn.

Vật liệu perovskite nhận được nhiều sự chú ý trong các ứng dụng năng lượng mặt trời vì hiệu quả cao, dễ sản xuất, tính chất có thể điều chỉnh và đa năng. Tuy nhiên, giải quyết các vấn đề về cạnh, thiếu sót và ổn định là rất quan trọng để nhận ra tiềm năng của nó. Dạng cấu trúc của vật liệu perovskite là ABX3, trong đó A là cation đơn trị, B là cation kim loại và X là anion halogen. Các nguyên tố khác nhau có vai trò khác nhau nhưng quan trọng trong sự ổn định perovskite. Các tính toán và nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng phối hợp thấp ở vị trí B có lẽ là không ổn định nhất, và nó làm tăng đáng kể sự ổn định và hiệu quả quang điện thông qua thụ động của các phân tử bazơ Lewis khác nhau. Tuy nhiên, thông tin chi tiết ở cấp độ nguyên tử vẫn còn hạn chế do những thách thức về hình ảnh độ phân giải nguyên tử của các vật liệu nhạy cảm cao này.

Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin cấp nguyên tử quan trọng để hiểu các cạnh và khiếm khuyết của perovskite halogen chì, mà còn cung cấp những ý tưởng và phương pháp mới để cải thiện hiệu quả và sự ổn định của pin mặt trời perovskite trong tương lai.

Ảnh: Mapbi₃Hình ảnh phân biệt nguyên tử

Gần đây, Kang Feiyu, Xia Yanbing, Lu Wei và Hou Tinzheng cùng với Yang Quanhong của Đại học Thiên Tân đã xuất bản một bài báo nghiên cứu có tựa đề "A ductile solid electrolyte interphase for solid-state batteries" trên tạp chí Nature với tư cách là tác giả truyền thông. Nghiên cứu này đề xuất các giải pháp sáng tạo cho những thách thức to lớn mà pin lithium-kim loại rắn (SLMB) phải đối mặt trong điều kiện làm việc thực tế.

Pin lithium-kim loại rắn được coi là một trong những ứng cử viên hứa hẹn nhất cho xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn. Tuy nhiên, trong điều kiện thực tế của công suất diện tích lớn và mật độ dòng điện cao, sự phát triển không kiểm soát của nhánh lithium cản trở nghiêm trọng các ứng dụng thương mại của nó. Các chất điện phân polymer trạng thái rắn (SPE) hiện có, mặc dù vượt trội so với các chất điện phân vô cơ trạng thái rắn về ái lực giao diện, nhưng độ dẫn ion và độ ổn định của chúng không đủ để vận chuyển đồng đều và nhanh chóng các ion lithium. Ngay cả khi cải thiện đáng kể độ dẫn ion thông qua thiết kế vi cấu trúc hoặc pha trộn với gốm để sản xuất SPE composite (CSPE), pin vẫn gặp khó khăn trong việc đạt được mục tiêu cao hơn mật độ hiện tại 5 mA/cm² và công suất diện tích 5 mAh/cm² theo yêu cầu sạc nhanh của SLMB thực tế.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng giao diện điện phân rắn (SEI) giàu lithium florua (LiF) truyền thống, mặc dù có thể ức chế sự xâm nhập của lithium, nhưng tính giòn vốn có của nó và rối loạn khuếch tán ion lithium gây khó khăn cho việc duy trì tính toàn vẹn của giao diện ở mật độ dòng điện cao và công suất diện tích lớn, dẫn đến tăng trưởng nhánh lithium nghiêm trọng, phản ứng phụ và nứt giao diện. Để làm được điều này, nhóm nghiên cứu đã phát triển một SEI dẻo dai giàu thành phần sulfua bạc (Ag₂S) và bạc florua (AgF). SEI này có cấu trúc vô cơ giàu đối xứng ở phía điện phân và cấu trúc lithium-bạc/lithium ở phía kim loại lithium, đảm bảo độ ổn định cấu trúc cao và vận chuyển ion nhanh ở mật độ dòng điện cao và công suất diện tích cao.

Kết quả thí nghiệm cho thấy pin lithium đối xứng sử dụng SEI này có tuổi thọ dài hơn 4.500 giờ ngay cả ở mật độ hiện tại cao 15 mA/cm² và dung lượng diện tích 15 mAh/cm². Ngoài ra, SEI dẻo dai này vẫn hoạt động hơn 7000 giờ trong điều kiện thực tế là 5 mA/cm² và 5 mAh/cm² ngay cả ở nhiệt độ thấp -30 ° C.

Nghiên cứu này cung cấp một giải pháp thiết thực cho pin lithium-kim loại rắn để đạt được tuổi thọ chu kỳ dài, duy trì hiệu suất cao ngay cả trong điều kiện khắc nghiệt. Phát hiện này có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển trong tương lai của xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn.

Ảnh: Frozen Mirror