盘点：全球纳米材料领域排名前五的科学家都在做什么

最近，美国斯坦福大学的John P. A. Ioannidis教授团队更新了全球十万科学家的排名。这篇文章按照这个排名找到了全球纳米材料研究领域的前五位科学家。我们一起来看看全球纳米研究领域最顶尖的五位科学家他们是谁，以及他们又在做哪些研究。

全球排名5，纳米领域第1——王中林

王中林是佐治亚理工学院教授和中国科学院北京纳米能源与系统研究所首席科学家，也是中国科学院外籍院士、欧洲科学院院士、台湾中央研究院院士。王中林的研究领域涉及一维氧化物纳米结构制备、表征及其在能源技术、电子技术、光电子技术及生物技术等方面的应用。

据Google Scholar显示，王中林的被引用次数超过27万次，H因子为256.

ACS Nano：多功能同轴能量纤维用于能量收集、存储和利用

对于可穿戴软电子设备，人机界面和物联网，迫切需要纤维能量自动控制电子设备。如何有效地将各种功能性能量纤维整合到其中并实现多功能应用是迫切需要解决的问题。在此，已经向能量收集，能量存储和能量利用开发了多功能同轴能量纤维。能量纤维由同轴形状的全纤维状摩擦电纳米发电机（TENG），超级电容器（SC）和压力传感器组成。内芯是通过绿色激活策略进行能量存储的纤维状SC。外护套是单能量模式的纤维TENG，用于能量收集，外摩擦层和内层构成自供电压力传感器。文章系统地研究了每个能量成分的电性能。纤维状SC的长度比电容密度为13.42 mF/cm，具有良好的充/放电速率能力，并具有出色的循环稳定性。TENG纤维的最大功率为2.5 μW，可为电子表和温度传感器供电。压力传感器具有1.003 V·k/Pa的足够好的灵敏度，可以轻松监控实时手指运动并用作触觉界面。所证明的能量纤维在机械变形下表现出稳定的电化学和机械性能，这使其对可穿戴电子设备具有吸引力。所展示的柔软多功能的同轴能量纤维在可持续的人机交互系统，智能机器人皮肤，安全触觉开关等方面也具有重要意义。

文献链接：

Multifunctional Coaxial Energy Fiber toward Energy Harvesting, Storage, and Utilization.

(ACS Nano, 2021, DOI:10.1021/acsnano.0c09146)

全球排名6，纳米领域第2——George M. Whitesides

George M. Whitesides是美国哈佛大学的教授。他主要的研究领域包括物理与有机化学、材料科学、生物物理学、复杂性理论、表面科学、微流体、自组装、微纳米技术、发展中经济体科学、生命起源以及细胞表面生物化学。他在化学领域的研究是金表面/纳米粒子巯基分子的组装方法，以开发自组装单分子膜、以及制作极微小单元的单分子膜模式、并以此为基板转写的微印刷而有名。

J. Am. Chem. Soc.：SAM中分子的构象和电荷隧穿

本文证明了构成自组装单分子层（SAMs）的分子的分子构象会以Au^TS/S(CH₂)₂CONR¹R²// Ga₂O₃/EGaIn形式的分子结影响通过它们的电荷隧穿（CT）速率，其中R1和R2是不同长度的烷基链。选择链R1和R2的长度以影响单层中分子的构象和构象均一性。分子的构象影响单层的厚度（即隧道势垒宽度）及其在±1.0 V时的整流比。当R1=H时，分子排列良好，并且主要以反式构象存在。然而，当R1是烷基（例如，R1≠H）时，它们的构象不能再被全反式延伸，并且分子采用更多的gauche二面角。构象类型的这种变化降低了构象顺序并影响了隧穿速率。当R1=R2时，相对于通过具有相同总链长或厚度的SAM观察到的CT速率，当R1=H时，CT速率降低（最高6.3倍）。当R1≠H≠R2时，存在一个电流密度与链长或单层厚度之间的相关性较弱，并且在某些情况下，即使具有SAM（由XPS确定）相同。这些结果表明，由绝缘的含酰胺链烷硫醇组成的单分子层的厚度不仅决定了CT的速率，而且电荷隧穿的速率也受到组成连接的分子构象的影响。

文献链接：

Conformation, and Charge Tunneling through Molecules in SAMs.

(J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI:10.1021/jacs.0c12571)

全球排名36，纳米领域第3——Alivisatos, A. Paul

Paul Alivisatos是加州大学伯克利分校的教授，同时也是纳米晶研究领域的先驱。Paul Alivisato的研究领域可分为三个方向：1. 半导体纳米晶物理性质研究与可控合成；2. 纳米晶的生物应用；3. 纳米晶在能源领域应用。

根据google scholar的数据，Paul Alivisatos被引用次数超过16.8万次，H因子为174.

Paul Alivisatos的高被引论文大多与纳米晶相关。

Acc. Chem. Res.：应用位错理论将纳米晶体砌块构建的人造固体中的缺陷最小化

胶态无机纳米晶体的定向原子附着代表了一种强大的合成方法，用于制备复杂的无机超结构。实例包括将纳米晶体融合成二聚体和超晶格结构。如果整个连接过程都是完美的，那么所得的材料将具有单个纳米晶体原子晶格的单晶排列。尽管单个胶体纳米晶体通常没有许多缺陷，但是存在许多可以在纳米晶体附着时产生缺陷的途径。这些附着产生的缺陷通常是不希望的，因此开发有助于无缺陷附着或修复有缺陷的界面的策略是必不可少的。在某些情况下，源自附件的缺陷是可取的。这篇综述总结了目前对这些缺陷如何产生的理解，以便为那些设计纳米晶体衍生固体的人提供指导。无机纳米晶体的小尺寸意味着向表面的扩散长度短，这有利于形成具有原始原子结构的纳米晶体构件。然而，一旦附着，就会有许多导致原子尺度缺陷的途径，体晶位错理论为理解这些现象提供了宝贵的指导。例如，可以将原子台阶边缘合并到导致原子额外的半平面的界面中，这称为边缘位错。这些位错可以由Burgers位错矢量描述很好地描述，它在几何上标识位错可以在其中移动的平面。现场测量已经证实，在一维缺陷的大位错理论预测在PbTe和CdSe纳米晶体界面的几纳米长度尺度上是正确的。最终，位错理论对纳米晶体附着的适用性使附着的预测设计能够防止或促进纳米晶体附着时缺陷的愈合。文章应用了类似的逻辑来理解平面（2D）缺陷的形成，例如纳米晶体附着时的堆叠缺陷。体晶缺陷晶体学的概念再次可以确定在纳米晶体附着时可以防止或确定性地形成平面缺陷的附着途径。这里的概念很好地确定了纳米晶对的良好附着几何形状。然而，目前尚不清楚如何将这些想法转化为几乎同时的多粒子附着。阻止纳米晶体旋转的几何挫折感以及尚未被认为是多粒子附着所特有的缺陷生成途径使无缺陷的超晶格附着变得复杂。现在，新的成像方法可以直接观察局部附着轨迹，并且可以提高对此类多粒子现象的理解。随着进一步的完善，在未来几年中很可能会实现一个统一的框架，以理解并最终消除熔融纳米晶体超结构中的结构缺陷。

文献链接：

Application of Dislocation Theory to Minimize Defects in Artificial Solids Built with Nanocrystal Building Blocks.

(Acc. Chem. Res., 2021, DOI:10.1021/acs.accounts.0c00719)

全球排名48，纳米领域第4——饭岛澄男

饭岛澄男是美国国家科学院和中国科学院外籍院士。现任NEC特别主任研究员、名城大学教授、名古屋大学特聘教授。饭岛澄男因为发现碳纳米管而被大众视为“碳纳米管之父”，同时也一直被认为是诺贝尔奖候选者。饭岛澄男主要从事纳米科学、凝聚态物理学、材料学、电子显微镜学与晶体学的研究。

饭岛澄男目前的高被引文章通常与碳纳米管相关。

Nature：1纳米直径的单壳碳纳米管

碳纳米管具有多种特性。开管中的毛细管现象已经得到证明，而有关其电子结构和机械强度的预测仍有待检验。为了检查这些结构的特性，需要具有明确形态，长度，厚度和许多同心壳的管。但是正常的碳弧合成会产生多种类型的管。特别是，大多数计算都与单壳管有关，而碳弧合成几乎可以生产多壳管。饭岛澄男报道了直径约一纳米的丰富的单壳管的合成。尽管在碳阴极上形成了多壳纳米管，但这些单壳管却在气相中生长。来自单个管的电子衍射使我们能够确认先前推导的用于多壳管的碳六边形的螺旋排列。

文献链接：

Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter.

(Nature, 1993, DOI:10.1038/363603a0)

全球排名66，纳米领域第5——John Robertson

John Robertson是剑桥大学工程系的电子学教授。他的主要研究方向是碳材料。研究范围覆盖了碳纳米管，石墨烯，化学气相沉积，以及CVD机理建模；碳互连，碳导体，超级电容器的碳；用于互补金属氧化物半导体晶体管的高κ电介质；高迁移率衬底（例如InGaAs，Ge）上的高κ氧化物；透明导电氧化物，无定形氧化物半导体（AOS），它们的薄膜晶体管，不稳定性机制计算；半导体，氧化物，碳材料的密度函数计算，以及用于正确带隙的混合密度函数计算；功能性氧化物TiO₂等。

根据google scholar的数据显示，John Robertson总被引超过99000次，h因子为135。

John Robertson引用最高的三篇文章都是做无定型碳材料的研究，目前他的研究方向已经发生了变化。

ACS Appl. Mater. Interfaces：低于5 nm应用的碲纳米线全能栅极MOSFET

纳米线（NW）和全能门（GAA）技术被认为是得益于非凡的门控制能力而维持摩尔定律的最终解决方案。这个工作对直径小于5 nm碲（Te）的五个不同直径进行从头算量子传输，GAA NW金属氧化物半导体场-效果晶体管（MOSFET）。结果声称1Te FET的性能优于3Te FET。具有5 nm栅极长度的单个Te（1Te）n型MOSFET同时达到了国际半导体技术路线图（ITRS）的高性能（HP）和低损耗（LP）的目标。HP导通电流达到6479 μA/μm，比目标值（900 μA/μm）高7倍。此外，n型1Te FET的亚阈值摆幅甚至达到60 mV/dec的热电子极限。在自旋轨道耦合效应方面，器件的漏极电流得到了进一步改善，特别是p型Te FET也可以达到ITRS HP的目标。因此，GAA Te MOSFET为最新的亚5纳米器件应用提供了一种可行的方法。

文献链接：

Tellurium Nanowire Gate-All-Around MOSFETs for Sub-5 nm Applications.

(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, DOI:10.1021/acsami.0c18767)

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