Nature盘点: 9月材料领域重大进展

1、上海交大韩礼元Nature: 无溶剂非真空制备大面积钙钛矿太阳能电池薄膜

上海交通大学韩礼元教授和杨旭东特别研究员（共同通讯）等人研发出一种无溶剂、非真空的新沉积方案用于甲基铵卤化铅钙钛矿薄膜的大规模制备。它依赖于胺络合物前体到钙钛矿膜的快速转化，并随后施加压力。使用这种方式沉积的钙钛矿薄膜没有针孔而且高度均匀。更重要的是，新的沉积方法可以在低温环境中进行，更有利于大面积钙钛矿装置的制造。

文献链接：A solvent- and vacuum-free route to large-area perovskite films for efficient solar modules（Nature，2017，DOI:10.1038/nature23877 ）

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2、张清杰&杨继辉Nature：超顺磁增强材料热电性能！

武汉理工大学张清杰教授和华盛顿大学杨继辉教授（共同通讯作者）等人报道通过将软磁性材料嵌入热电材料基底中，实现对声子和电子传输特性的双向调控。纳米颗粒的性质，尤其是超顺磁性（纳米颗粒可在外加磁场下犹如顺磁体可被磁化）导致了三种热电磁效应：电荷从磁性嵌入物传输至基底；通过超顺磁波动实现电子的多重散射；磁波动和自身的纳米结构增加了声子散射。研究表明这些效应可在纳米和介观尺度上有效调控电子和声子传输，从而提高纳米复合物的热电性。

文献链接：Superparamagnetic enhancement of thermoelectric performance（Nature，2017，Doi: 10.1038/nature23667）

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3、Nature: 自组装工程——可控性层层堆叠二维材料

康奈尔大学Jiwoong Park（通讯作者）等人报道了实现高水平空间均匀性和本征夹层界面生产晶圆级尺度的半导体薄膜的方法。薄膜的垂直方向组分通过二维材料模块在真空下原子尺度上的自组装实现。同时制备了一些大规模、高质量的异质结薄膜和设备，包括超晶格薄膜、批次生产的电阻可调的隧道结阵列、能带调控异质结隧道二极管以及毫米级超薄膜。堆叠形成的膜可拆卸、可中断并与水和塑料等界面相容，从而可实现与其他光学和机械系统集成。

文献链接：Layer-by-layer assembly of two-dimensional materials into wafer-scale heterostructures（Nature，2017，Doi:10.1038/nature23905）

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4、Nature: 3D打印高强铝合金

美国加州大学John H. Martin（通讯作者）等人报道了在增材制造过程中引入控制固化的纳米颗粒成核剂解决了熔融和凝固动力导致具有大柱状晶粒和周期性裂纹的不可耐受的微观结构。在使用成核剂后，与增材制造不相容的高强度铝合金可以使用选区激光熔化成功加工，无裂纹，等轴，实现了细晶粒微观结构，达到与锻造材料相当的材料强度。该增材制造方法适用于各种合金，可以使用一系列3D打印机器来实现，为广泛的工业应用提供了基础。

文献链接：3D printing of high-strength aluminium alloys(Nature，2017，DOI: 10.1038/nature23894)

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5、Nature: 金属有机框架材料协同吸附的自旋转换机制

加州大学伯克利分校Jeffrey R. Long（通讯作者）课题组通过探究一氧化碳在一系列具有不饱和二价铁离子的三唑基金属框架材料的选择性吸附作用提出了一种自旋转换机制，在这种机制中，临近的二价铁离子位点在CO临界压力条件下发生了自旋态的转变，使得材料在温度变化较小的范围内展现出巨大的CO气体分离容量，该机制解释了CO吸附过程中出现阶梯型吸附等温线的现象。研究人员借助Fe₂Cl₂(bbta)和Fe₂Cl₂(btdd)两种金属框架材料，使用XRD衍射，穆斯堡尔谱，直流磁化率测量，红外光谱等测试手段，来验证这种机制。该机制有利于实现高效的CO分离，通过控制开放金属位点的电子性质可以实现协同吸附剂的设计。

文献链接：A spin transition mechanism for cooperative adsorption in metal–organic frameworks（Nature，2017，Doi: 10.1038/nature23674）

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6、Nature: 分子动力学模拟探测金属塑性极限

美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室Vasily V. Bulatov（通讯作者）等人在体心立方金属钽中展示了单晶可塑性的全动态原子模拟。其目标是量化达到脱位介导的塑性极限条件，并阐释金属超过这种限制会发生什么。在恒定压力，温度和应变速率的条件下，金属在其[001]晶轴的超高应变速率下被压缩。为了解决研究中长度尺度（85-340nm）和时间尺度（1ns-1μs）晶体可塑性过程的复杂性，本研究使用了最近开发的原位计算显微镜的方法将模拟中生成的大量瞬态轨迹数据重写为可以由人为分析的形式。通过模拟可以预测：在达到应变的某些限制条件时，单独的位错不再能够缓解机械载荷;相反另一种变形机制——通常称为变形孪晶，成为代替其动态响应的主要模式。在这个极限以下，只要其后的应变状态保持不变，金属呈现塑性流动与应变路径无关的稳定状态，其中流动应力和位错密度保持恒定。在这种状态下，钽流动如粘稠流体同时保持其晶格的强度。

文献链接：Probing the limits of metal plasticity with molecular dynamics simulations（Nature，2017，Doi:10.1038/nature23472）

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7、Nature: 直接表征表面催化活性位点

在化学与能源领域，80%的工艺过程中都涉及多相催化，而催化效率取决于能与反应中间物最佳键合的特定比表面位点的电子结构。因此，在反应过程中对特定表面位点的直接鉴别与调控能帮助人们有效地发展多相催化和电催化。德国慕尼黑工业大学Aliaksandr S. Bandarenka（通讯作者）等人证实普通扫描隧道显微镜可以高分辨率表征表面催化活性位点，通过监测隧道电流噪声的相对改变，可以定量的表征在催化反应中的催化活性以及量化地反应两种材料边界上不同缺陷和位点对于总催化能力的相对贡献。

文献链接：Direct instrumental identification of catalytically active surface sites（Nature，2017，Doi: 10.1038/nature23661）

8、南京理工大学陆明&王鹏程Nature：系列水合五唑金属盐含能化合物的合成

南京理工大学陆明教授和王鹏程副教授（共同通讯作者）报道了全氮五唑阴离子的钠、锰、铁、钴和镁盐水合五唑金属盐含能化合物（[Na(H₂O)(N₅)]·2H2O, [M(H₂O)₄(N₅)₂]·4H₂O (M = Mn, Fe and Co) 和[Mg(H₂O)₆(N₅)₂]·4H₂O）的合成及表征，揭示了其中N₅^-阴离子与金属阳离子的配位方式、与水的氢键作用，以及热稳定性规律。除了Co化合物以外，其他含能化合物都表现出很好的热稳定性，初始分解温度均高于100℃，这为进一步开发高氮含能材料提供了实验依据。

文献链接：A series of energetic metal pentazolate hydrates（Nature，2017，Doi: 10.1038/nature23662）

本文由材料人学术组大黑天供稿，材料牛编辑整理。

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