顶刊动态丨Nature子刊/PNAS/AFM等电子材料前沿最新科研成果精选【第24期】

本期精选预览：Adv. Funct. Mater. 石墨烯层叠高导电性和环境稳定性的有机透明电极；ACS Nano MoS2场效应晶体管动态存储单元揭示飞安级漏电流；Adv. Funct. Mater. 低维TMD纳米结构传感器；Adv. Funct. Mater. 氧化石墨烯忆阻器中的导电石墨通道；Adv. Funct. Mater. 复合摩擦-压电纳米发电机中基于界面ZnO纳米结构的的摩擦和压电效应；Adv. Funct. Mater. 通过低聚氧化硅交联诱弹性可伸展半导体聚合物的产生；Adv. Funct. Mater. 在PEDOT:PSS薄膜及晶体管上实现脂双层的组装；Adv. Funct. Mater. 改变受体单元获得高效且可调谐的热激迟滞荧光发射器；Nat. Nanotech. 可随机相变的“神经元”系统；PNAS 过渡族金属化合物中的抗磁性共价键。

1、Adv. Funct. Mater. 石墨烯层叠高导电性和环境稳定性的有机透明电极

图1 可弯曲的层叠GL-TE（石墨烯层叠透明电极）薄膜

韩国蔚山科学技术大学的J.-W.Yoo（通讯作者）和S.-Y.Kwon（通讯作者）等人提出利用机械层叠的方法将含有二甲亚矾和Zonly含氟表面活性剂的PEDOT/PSS（聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚苯乙烯磺酸）薄膜和石墨烯阻挡层结合。经过层叠后，石墨烯被均匀平整的覆盖到PDZ薄膜上，且界面处紧密结合，没有褶皱和气泡。该种层叠薄膜在室温下展现了优异的空穴迁移率（85.1cm².V-¹.s-¹），这种结构显著提高了GL-TEs（石墨烯层叠透明电极）在高机械/热应力，高湿度，高紫外辐射环境下的稳定性，石墨烯阻挡层的加入使得TE(透明电极)的寿命相对于预期提高了两个数量级。

文献链接：Highly Conductive and Environmentally Stable Organic Transparent Electrodes Laminated with Graphene（Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602125）

2、ACS Nano MoS2场效应晶体管动态存储单元揭示飞安级漏电流

图2 电流结构示意图与测量结果

明尼苏达大学双城分校的Steven J. Koester（通讯作者）等人展示了利用MoS2 MOSFET制备的单或双晶体管动态存储电路的操作。该研究测量了这一电路的保留时间，并通过两晶体管存储单元揭示了MoS2 MOSFET漏电流低至1.7×10ˆ–15 A/μm，这低于传统的直流测量的本底噪声。

文献链接：Dynamic Memory Cells Using MoS2 Field-Effect Transistors Demonstrating Femtoampere Leakage Currents (ACS Nano, 2016, DOI: 10.1021/acsnano.6b03440)

3、Adv. Funct. Mater. 低维TMD纳米结构传感器

图3 TMDs纳米结构的分类以及TMDs纳米结构传感器的分析技术

新加坡国立大学的David Tai Leong（通讯作者）等人的这篇综述回顾了基于类石墨烯2D TMDs纳米结构传感器的广泛应用，同时介绍了迅速崛起的1维和0维TMDs纳米结构子类。文章还分析了它们独特有趣的结构、优异的性能和有效的制备方法，TMDs纳米结构传感器可以分辨，从重金属离子到小分子、从DNA到蛋白质、从液体甚至到气体等的分析目标，而且达到非常高的灵敏度和选择性。

文献链接：Low-Dimensional Transition Metal Dichalcogenide Nanostructures Based Sensors (Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602136)

4、Adv. Funct. Mater. 氧化石墨烯忆阻器中的导电石墨通道

图4 (a)(b)(c)不同膜层结构的伏安曲线；(d)(e)(f)膜层的横截面明场透射图像

韩国科学技术院的Sung-Yool Choi（通讯作者）、 韩国基础科学研究院的Jeong Yong Lee（通讯作者）以及韩国蔚山科学技术大学的Hu Young Jeong（通讯作者）等人在低电压球差矫正透射电镜下直接观察发现，在氧化石墨烯中存在纳米尺度的导电石墨通道，这些通道是由内部的氧离子还原氧化石墨烯而形成。他们用Au做顶部电极，Al做底部电极，氧化石墨烯层则利用旋涂法制备于二者之间。并在研究中发现，在底部界面层中产生的铝突起，是在强电场作用下氧化石墨烯薄膜上直接形成。总的来说，Au/GO/Al结构装置表现出了双极电阻开关的特性。该项工作为碳基纳米电子器件的研究提供了基本信息、奠定了一定基础。

文献链接：Conductive Graphitic Channel in Graphene Oxide-Based Memristive Devices (Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602748)

5、Adv. Funct. Mater. 复合摩擦-压电纳米发电机中基于界面ZnO纳米结构的的摩擦和压电效应

图5 TPEG的摩擦起电和压电生成的过程示意图

香港城市大学的Walid A. Daoud（通讯作者）等人将摩擦起电和压电发生器（TPEG）与铝-聚二甲基硅氧烷/聚偏二氟乙烯复合碳（PPCF-Carbon）的夹层结构相结合，制备了能够转化一定的机械能的装置。他们通过水热法在PPCF表面形成纳米棒状氧化锌（ZnO）以进行表面改性。随后，为了探究的摩擦和压电效应的传导机理，主要分析了最终输出电位组成比以及 ZnO界面的纳米结构的影响。最后，还讨论了电压、功率密度、转换效率以及外部负载电阻之间的关系。实验证明，他们研制的TPEG是具有增强输出电势和高机械能量转换效率的简单有效的纳米发电机

文献链接：Triboelectric and Piezoelectric Effects in a Combined Tribo-Piezoelectric Nanogenerator Based on an Interfacial ZnO Nanostructure（Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602529）

6、Adv. Funct. Mater. 通过低聚氧化硅交联诱弹性可伸展半导体聚合物的产生

图6 包含有课交联线型侧链和线型H-终结PDMS交联剂的的DPP基共聚体的化学结构

近日来自斯坦福大学的鲍哲楠（通讯作者）及其团队制备了一种具有弹性可伸展半导体聚合物。研究人员表示聚合物和灵活的低聚物交联可被作为减少拉伸系数、改进拉伸断裂屈服强度和抗疲劳强度的有效策略。这些高聚物和氧硅烷低聚物交联制备出具有很好伸展性的薄膜，薄膜的拉伸强度稳定Ɛ=150%并可实现500次的100%拉伸和释放循环而不出现纳米裂痕。有机场效应晶体管是可用来评估交联薄膜在循环拉伸下的的电学性能的。薄膜在无拉伸情况下最初的平均迁移率是0.66 cm²V-¹s-¹。当在进行过500次20%的拉伸循环后在垂直于拉伸方向上其电导率为0.4 cm²V-¹s-¹，而在平行于拉伸方向的电导率则受到了拉伸过程中褶皱形成的影响。

文献链接：Inducing Elasticity through Oligo-Siloxane Crosslinks for Intrinsically Stretchable Semiconducting Polymers （Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602603）

7、Adv. Funct. Mater. 在PEDOT:PSS薄膜及晶体管上实现脂双层的组装

图7 通过QCM-D技术表征PEDOT:PSS上形成脂双层

国立巴黎高等矿业学院的Roisin M. Owens（通讯作者）和康奈尔大学的Susan Daniel（通讯作者）等人首次在导电聚合物薄膜PEDOT:PSS上形成可支撑的磷脂双分子层（Supported lipid bilayers，SLB）。并可以基于有机电化学晶体管（OECTs）实现在PEDOT:PSS上局部形成SLBs，且对α-溶血素离子孔及将OECT作为生物膜功能的传感器功能时的灵敏性都很好。

文献链接：Supported Lipid Bilayer Assembly on PEDOT:PSS Films and Transistors（Adv. Funct.Mater., 2016, DOI：10.1002/adfm.201602123）

8、Adv. Funct. Mater. 改变受体单元获得高效且可调谐的热激迟滞荧光发射器

图8 混合物合成路线中不同受体单元：Py2、Py5、Py56、Pm2、Pm5、Bz4和Bz3

国立台湾大学的吴忠帜和中央研究院的汪根欉（共同通讯作者）等研究者利用足够的受体及调节受体的内部结构，来获得具备较小的三重态到单重态的能量间隙（ΔEST）及显著的热激迟滞荧光（TADF）特性的一系列D–π–A混合物，这些混合物可产出一系列高效的蓝绿色到黄色波长之间的TADF发射器，光致发光量子产率可高达90%-100%。它们可用于有机发光二极管（OLEDs）中，外部的量子效率可高达23.1%-31.3%，而这是迄今所报道的最高效的TADF OLEDs。

文献链接：Efficient and Tunable Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitters Having Orientation-Adjustable CN-Substituted Pyridine and Pyrimidine Acceptor Units（Adv. Funct.Mater., 2016, DOI：10.1002/adfm.201602501）

9、Nat. Nanotech. 可随机相变的“神经元”系统

图9 基于相变设备，具有塑料突触的人工神经元

IBM苏黎世研究中心的Tomas Tuma和Evangelos Eleftheriou（共同通讯作者）带领的研究团队利用硫基相变材料制备出人工神经元，并通过纳米级的相变设备的相组态来反映材料的膜电势。利用这类相变神经元及其组装体可探测并联数据流及高宽域信号下的欠奈奎斯特数据间的相互关系。

文献链接：Stochastic phase-change neurons（Nat. Nanotech., 2016, DOI：10.1038/nnano.2016.70）

10、PNAS 过渡族金属化合物中的抗磁性共价键

图10 不同几何模型中过渡金属二聚体的反键轨道

近日，俄罗斯金属物理研究所的Sergey V. Streltsov（通讯作者）等人发现从基态关联电子出发增加电子与离子之间的跳跃电子波函数来描述固体中的磁性，在一些情况下会失效，特别是对于4d与5d体系。过渡族金属离子单线态分子轨道会造成这种现象。该现象会强烈抑制选择性磁矩以及铁磁性的双重交流机制。

文献链接：Covalent bonds against magnetism in transition metal compounds（PNAS, 2016, DOI: 10.1073/pnas.1606367113）

本期内容由材料人电子电工学术组李小依，天行健，大黑天，Newgate，徐瑞，树苗供稿，材料牛编辑整理。

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