顶刊动态丨Nano Letters/Angewandte Chemie电子材料学术进展汇总（4.20-4.30）
本期导读：
今天电子电工材料周报组邀您一起来看看Nano Letters/Angewandte Chemie电子材料领域最新的研究进展。本期内容预览：GaN/AlN超晶格纳米线实现高灵敏“盲区可视”；耦合等离激元晶体的单壁碳纳米管实现宽频可调发光；纳米线电场成像和载流子扩散长度测量的三种电子束技术对比；III-V族纳米线中的长寿热载流子；低温碳纳米管中的激子局域化无处不在；BID-BT—可提高有机发光二极管性能的新型双极主体材料；P型杂化的SnSe热电材料的水溶液合成法；从化学分子轨道理论获取制备热电材料的灵感。
1、Nano Letters: GaN/AlN超晶格纳米线实现高灵敏“盲区可视”
由于具有较低的维度，较高的比表面积等独特的性质，纳米线很有希望被用来制造高性能的光探测器。纳米线光探测器可以获得很高的光电流，可达105-108，响应时间在毫秒量级。与平面光探测器件相比，无缺陷的纳米线光探测器件具有获得光导的潜力，从而避免了晶粒边界的干扰和光谱响应的偏移。在众多的纳米线家族中，ZnO纳米线和(Al,Ga)N纳米线是制造微型化的紫外光传感器件的候选材料，并且，GaN可以通过可控掺杂具有优良的物理和化学性能。之后的报道显示，轴向异质结与结纤锌矿纳米线的合并使得相应器件具有可调的截止波长特性和更高的低偏压响应。然而，轴向异质结有降低暗电流的优点，但是异质结周围会自发形成GaN壳，会降低器件的环境稳定性，掩盖异质结的优点。怎么解决这样的矛盾呢？
近日，法国格勒诺布尔大学的科学家设计出一种没有GaN壳的GaN/AlN超晶格纳米线，其中GaN与AlN接触形成异质结。没有GaN壳的影响，异质结可以降低暗电流，增加器件的光敏感性。高质量的纳米线和无偏移的异质结的结合，使得暗电流呈现一个很有意义的色散，从而获得更低的暗电流和更高的紫外光敏感特性。
文献链接：UV Photosensing Characteristics of Nanowire Based GaN/AlN Superlattices
2.、Nano Letters: 耦合等离激元晶体的单壁碳纳米管实现宽频可调发光
由于突出的光学和电学特性，单壁碳纳米管（SWNTs）成为在单光子光源，非线性光学，光探测器，光伏，集成电路和光电器件等应用领域的热门候选材料。对于单壁碳纳米管而言，激子发射的窄光谱位置取决于对应的手性向量。因此，如果使用的单壁碳纳米管具有不同手性，将提供整个近红外范围的覆盖范围。然而，这里还有一些挑战阻碍了单壁碳纳米管器件的广泛应用：第一，单壁碳纳米管的定向发光效率需要提高；第二，大量不同手性的单壁碳纳米管的纯化可控生长难度较大。
近日，德国海德堡大学的科学家在高密度单壁碳纳米管薄膜上耦合了支持表面晶格共振的金纳米盘周期性阵列，实现了近红外全光谱（1000-1500nm）的宽带可调谐，窄谱可达20-40mev，高度定向（发散角小于1.5度）。该方法不需要选择不同手性的单壁碳纳米管获得特定的近红外波长，以获得窄线宽发射。该工作促进了碳纳米管在多功能光器件领域的应用发展。
3、Nano Letters：纳米线电场成像和载流子扩散长度测量的三种电子束技术对比
自从2000年以来，纳米线的出现为制造高性能的器件带来了新的可能性，比如气敏传感器、光伏电池、发光二极管等。相同的容积率纳米线具有非常大的表面，使得纳米线不仅适合制造高性能器件，也适合研究低维物理，因此纳米线吸引了很多的关注，而由于表面状态对纳米线静电子特性或其他物理量如少数载流子和激子散射长度等具有非常大的影响，因此人们还没有很好地理解或者控制纳米线的电子性能。
最近，F. Donatini等人使用三种电子束技术来测量相同纳米线的电场成像和载流子扩散长度，并采用有限元分析法和实验效果对比，讨论研究了ZnO纳米线表面与其周围环境的相互作用。通过对比所记录的电子束感生电流、阴极发光、二次电子信号这三个不同的物理量可以看到纳米线特性的表面的重要作用。其中激子扩散长度和纳米线半径密切相关，并且完全受到表面复合工艺的影响。而肖特基接触附近的空间电荷区域的扩展却与纳米线半径没有什么关系。电压衬度表明从肖特基接触到中性区域点位呈线性下降，这与纳米线表面的恒定电场是相一致的。
4、Nano Letters：III-V族纳米线中的长寿热载流子
与大块状材料不同，纳米线使得人们可以在纳米级改变半导体的热学性质，从而可以产生一系列的与大小无关的作用。而在设计基于纳米线的器件时热管理机制非常重要，电荷载流子在受到外部激发后按照怎样的速率稳定下来对太阳能电池、激光器和高速晶体管等等的效率有着关键影响。
这篇文章中，D. Tedeschi等人利用连续波的光致发光研究了在InP和GaAs纳米线中光生载流子的热化性能。在310K温度时记录的的光致发光光谱分析表明，与晶格相比载流子能在更高的温度下热能化，且载流子温度和晶格温度的温度差随着晶格温度增加呈指数倍增加，并和纳米线的直径成反比。在直径约70nm的纳米线中，晶格温度在310K时载流子温度可以达到500K。即使在最薄的纳米线中，载流子在光致激发之后有足够的时间（1纳秒左右）来与声子作用从而释放掉多余的能量。不过，载流子无法与晶格点达到完全的热平衡，这点表明抑制声子发射主要是由于小直径纳米线具有较大表面积-体积比而引发。
文献链接：Long-lived Hot Carriers in III-V Nanowires
5、Nano Letters：低温碳纳米管中的激子局域化无处不在
美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究者研究了单壁碳纳米管在室温和低温条件下的光致发光现象。通过分析纳米管的光致发光的空间和光谱特征，他们可以确定“无意的”激子局域化的特征。此外，研究者还确定了激子局域化电位的能量尺度范围：从几到几十毫伏以及由于环境因素和表层共价侧壁缺损而引起的阻碍。他们的研究结果表明，低温下碳纳米管中的激子局域化是一种普遍存在的现象。
文献链接：Ubiquity of Exciton Localization in Cryogenic Carbon Nanotubes
6、Angewandte Chemie：BID-BT—可提高有机发光二极管性能的新型双极主体材料
有机发光二极管(OLEDs)因其优良的发光特性在显示屏及其他光应用方面有着很大的应用前景。很多研究者都致力于研究能利用磷光或延迟荧光(TADF)来工作的OLEDs，但是却一直没有找到合适的可作为激子发射器的主体材料，主要是因为这种主体材料必须具备三重态能级。
来自日本九州大学的研究者们解决了这个难题，他们基于苯并咪唑和苯并噻唑 (Benzimidazobenzothiazole, BID-BT)制备了一种新型的主体材料。其可用于蓝色OLEDs，并且具备较高的三重态能级和双极载流子运输能力，OLEDs的外量子效率还可以达到20%。拥有这些优点，这种BID-BT基的主体材料必将在以蓝色延迟荧光和磷光为次激发器中大展身手。
7、Angewandte Chemie：P型杂化的SnSe热电材料的水溶液合成法
热电材料对于解决废热，节约能源方面有很大的应用前景。热电材料的热电转换效率主要取决于材料的ZT(ZT=S2σT/κ, S—塞贝克系数，σ—电导率，T—绝对温度，κ—热导率)值。最佳的热电材料候选者为SnSe，因为SnSe的理论ZT值在2.3~2.6之间。为了平衡ZT值和机械性能，常常将SnSe制备成纳米结构，制备过程常选用有机表面活性剂来控制材料的结构和形貌。然而表面活性剂对材料的表面修饰作用会大大降低材料的电导率，因此，需要寻找一种无表面活性剂参与的合成方法。
来自格拉斯哥大学、郝瑞瓦特大学等多所大学组成的研究团队实现了无表面活性剂合成SnSe纳米材料，仅仅利用水作为溶剂，得到单相的SnSe纳米片。实验表面，制备的SnSe纳米片在550K热压下表现出极高的电导率及温差电势率。这将有利于SnSe热电材料的大规模生产及应用。
8、Angewandte Chemie: 从化学分子轨道理论获取制备热电材料的灵感
为加快热电材料在商业上的推广，就需要不断提高热电材料的热电转换效率。因此我们需要寻找更多的影响热电转换效率的相关因素，以制备更高性能的材料。热电材料中的偶联运输性质有利于我们去了解固体材料中物理性能与化学性能之间的联系。因而，这为我们指明了方向，去探寻化学性质对热电材料的影响。
Zeier和Zevalkink等科学家在Angewandte Chemie发表了一篇关于化学分子轨道理论与热电材料间联系的综述，从化学键与热电材料中电子传输及声子传输两方面介绍了一些简单的化学理论与热电材料性能的联系。通过将化学轨道理论与热电材料性能结合起来，我们可以利用分子轨道图、紧束缚理论键强理论等化学信息来获得制备高性能热电材料的灵感。
文献链接：Thinking Like a Chemist: Intuition in Thermoelectric Materials
本期内容由材料人电子电工材料学习小组灵寸，山豆，风之翼，ZZZZ编写，材料牛编辑整理。
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