顶刊动态丨Nature子刊/AM等期刊电子材料前沿最新科研成果精选【第25期】

本期精选预览：Nano Lett. RIP散射：石墨烯/二氧化硅界面热传输；Adv. Mater. 单层MoS2衬底诱导的局部应变引起的坑状间接带隙；Nano Lett. 准一维范德瓦尔斯晶体直接制备功能性超薄单晶纳米线；Adv. Funct. Mater. “直写法”制备多响应双向弯曲致动器；Adv. Funct. Mater. 用于飞秒激光锁模的WTe2缺陷微片；ACS Nano：由摩擦纳米发电机制成的自供电无线智能传感器节点；Adv. Funct. Mater. 高灵敏、可穿戴、耐用的应变传感器和可伸缩导体；ACS Nano 大规模石墨烯/h-BN霍尔元件：无磁场传感器性能的预测；Nat. Commun. 用于绝缘体相变的自旋电流探头；Nat. Commun. 具有超高开关比的范德华异质结二端浮栅存储器；ACS Nano：通过活性氧和水洗制备超薄黑磷片；Adv. Mater. 通过超禁带光照射在铁电绝缘体中构建自由载流子补偿的带电畴壁。

1、Nano Lett. RIP散射：石墨烯/二氧化硅界面热传输

图1 石墨烯场效应晶体管的器件结构、表征及测量

新加坡国立大学的Yee Kan Koh（通讯作者）等人提出利用电压调制热反射（VMTR）的泵浦探针技术直接测量静电场下界面处热电导的变化，并借此来研究RIP散射在二维材料热传输中所起到的作用。该团队利用VMTR法确定了，RIP散射主导的本征石墨烯与二氧化硅界面处热传输的上限，同时确认了即使在载流子密度达到4×10^12cm^-2时，在界面热传输中由RIP散射所引起的占的比例小于2%。

文献链接：Role of remote interfacial phonon (RIP) scattering in heat transport across graphene/SiO2 interfaces （Nano Lett., 2016, DOI:10.1021/acs.nanoletter.6b01709）

2、Adv. Mater. 单层MoS2衬底诱导的局部应变引起的坑状间接带隙

图2 价带和导带边的电导差异映射图

韩国基础科学研究院的Young Hee Lee（通讯作者）以及Bong Gyu Shin（通讯作者）等人报告了原生SiO2衬底固有的形态起伏引起的局域弯曲应变使得单层MoS2产生高达1.23–2.65 eV的带隙变化，当应变大于1.5%时，大约80%的二硫化钼区域转化为间接带隙，这可以通过发光强度得显著降低得到进一步地证实。

文献链接：Indirect Bandgap Puddles in Monolayer MoS2 by Substrate-Induced Local Strain (Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201602626)

3、Nano Lett. 准一维范德瓦尔斯晶体直接制备功能性超薄单晶纳米线

图3 TPdS的晶体结构

美国杜兰大学的Jiang Wei （通讯作者）等人提出了直接从高质量体材料中制备一维纳米结构的新战略，以避免传统合成中的一些固有问题。在本文中，研究人员证明了尺寸小至六个分子带的一维纳米线，可以通过简单的微机械剥离法在Ta2(Pd or Pt)3Se8 系统中很容易地制备出来。

文献链接：Direct Fabrication of Functional Ultrathin Single-Crystal Nanowires from Quasi-One-Dimensional van der Waals Crystals (Nano Lett., 2016, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b02453)

4、Adv. Funct. Mater. “直写法”制备多响应双向弯曲致动器

图4（a）膜层结构图 (b)样品实物照片 (c) 石墨涂层的SEM图

福建师范大学的陈鲁倬（通讯作者）、张薇（通讯作者）和清华大学的刘长洪（通讯作者）及其各自团队相互协作，利用石墨、纸张以及聚合物制备了一种多响应弯曲致动器，其中石墨的沉积利用“直写法”（用铅笔直接在纸上写）。由湿度致动的多响应致动器可实现曲率为1.7cm-1的大弯曲，该致动机构基于纸的“干缩湿胀”原理；当近红外光和电致动时，多响应致动器分别显示了曲率为1.9cm-1和2.6 cm-1的大弯曲。该研究利用了双模式的致动机构，其中一种机制同样是纸的“干缩湿胀”，另一种则是利用纸和聚合物极大的热膨胀系数差。基于此，他们设计制作了丰富多彩的仿生花，可模仿花的闭合和绽放过程。此外还有能够在干燥的晴天开放，雨天自动关闭的智能窗帘。这些特征表明，多响应致动材料在人工肌肉、仿生应用以及智能家居等方面有着巨大的应用前景。

文献链接：Multiresponsive Bidirectional Bending Actuators Fabricated by a Pencil-on-Paper Method（Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602772）

5、Adv. Funct. Mater. 用于飞秒激光锁模的WTe2缺陷微片

图5 WTe2微片的（a）扫描电子显微图（b）原子力显微图 （c）沿（b）中横线方向的剖面高度

韩国科学技术研究院的Young Min Jhon（通讯作者）和首尔大学的Ju Han Lee（通讯作者）及其各自团队一同协作，通过对一种能够产生超短激光脉冲的快速锁模基础材料——WTe2微片进行系统研究，旨在求证高质量的单层或数层过渡金属二硫属化物对实际饱和吸收体是否有着至关重要的作用。为此，他们将聚乙烯醇与WTe2缺陷微片复合成膜，测试发现其为一种能够产生飞秒光纤激光脉冲的有效可饱和吸收介质。经密度泛函理论计算，WTe2微片的氧化和表面缺陷在近红外范围内并没有降低其饱和吸收性能。也就是说，饱和吸收是过渡金属二硫属化物的固有属性，不依赖于它们的结构维度。该项研究结果为过渡金属二硫属化物为基础的饱和吸收体的发展提供了一个新的方向。

文献链接：Near-Infrared Saturable Absorption of Defective Bulk-Structured WTe2 for Femtosecond Laser Mode-Locking (Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602664)

6、ACS Nano：由摩擦纳米发电机制成的自供电无线智能传感器节点

图6 自供电无线智能传感器

近期，中国科学院北京纳米能源与系统研究所杨亚研究员（通讯作者）等人报道了一种利用超稳定、高效和超疏水表面的摩擦纳米发电机（TENG）对风能的可持续供电的无线智能温度传感器节点。在12米/秒的风速下连续工作14小时，TENG的电压、电流输出并没有下降。通过电源管理电路，TENG可提供恒定的3.3 V电压输出和约100毫安电流脉冲输出，可实现电容器高效的能量存储。TENG可持续给发送实时温度数据到距离26米iPhone上的无线智能温度传感器节点。

文献链接：Self-Powered Wireless Smart Sensor Node Enabled by an Ultrastable, Highly Efficient, and Superhydrophobic-Surface-Based Triboelectric Nanogenerator（ACS Nano, 2016, DOI: 10.1021/acsnano.6b05815）

7、Adv. Funct. Mater. 高灵敏、可穿戴、耐用的应变传感器和可伸缩导体

图7 石墨烯板表征

近日，澳大利亚南澳大学的Jun Ma（通讯作者）等人基于由石墨烯板（GnPs）和硅胶组成的复合膜，设计了一种制作高性能复合材料应变传感器和可伸缩导体的简单、性价比高和可扩展的方法。通过利用实验数据计算隧穿理论表明，复合膜具有理想的线性和重复性及好的拉伸应变灵敏度。此外，不同日子制备的复合膜传感器的性能相同，表明其可成为检测从手指弯曲到脉冲的各种人体运动的健康监测设备。可伸缩导体是用聚二甲基硅氧烷涂抹、封装GNPs制备的另一复合材料制成的，这种结构使得导体可随意弯曲和伸展，同时具有足够的机械强度和循环性能。

文献链接：Highly Sensitive, Wearable, Durable Strain Sensors, and Stretchable Conductors Using Graphene/Silicon Rubber Composites（Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602619）

8、ACS Nano 大规模石墨烯/h-BN霍尔元件：无磁场传感器性能的预测

图8 石墨烯/h-BN霍尔器件的制备过程

韩国基础科学研究院的Young Hee Lee和成均馆大学的Dongseok Suh（共同通讯作者）等人利用光刻技术和CVD工艺实现了一种石墨烯/h-BN异质结的高质量石墨烯霍尔元件（GHE）阵列。在底层h-BN的作用下，GHE展现了优异的性能，最高标准电流敏感度可达1986V/AT，最小磁场分辨率0.5mG/Hz^1/2（f=300HZ）和大于74dB的有效动力学范围。此外，他们提出了一个预测分析模型，可以在无磁场的情况，从跨导数据中预测GHE的磁场传感性能。这些工作表明了大规模制备方法制作的高性能石墨烯器件的可行性。

文献链接：Large-Scale Graphene on Hexagonal-BN Hall Elements: Prediction of Sensor Performance without Magnetic Field（ACS Nano, 2016, DOI: 10.1021/acsnano.6b04547）

9、Nat. Commun. 用于绝缘体相变的自旋电流探头

图9 物理概念和样品结构

日本东北大学Dazhi Hou (通讯作者)等人研究发现自旋泵浦，多用于纳米自旋器件，可以为自旋转变提供台式微探针，自旋电流是无电荷时自旋的通量，其输运行为反映出自旋激励。他们通过频率依赖型自旋电流传输测量技术证实了超薄CoO薄膜中存在反铁磁转变。

文献链接：Spin-current probe for phase transition in an insulator（Nat. Commun., 2016, DOI:10.1038/ncomms12670）

10、Nat. Commun. 具有超高开关比的范德华异质结二端浮栅存储器

图10 隧穿随机存储器健（TRAM）的器件结构和能级示意图

韩国基础科学研究院的Young Hee Lee和成均馆大学的Woo Jong Yu（共同通讯作者）等人报道了一种有单层MoS2/h-BN/单层石墨烯垂直堆叠而成的两端浮栅随机存储器。该器件用两端电极在MoS2沟道材料上加载电流，同时通过h-BN隧穿势垒控制石墨烯的充放电。当h-BN层发生了有效的电荷隧穿，电荷将存储在石墨烯层。该器件具有极低的关态电流（10^-14A），高达10^9的超高开关比，高出已报道两端存储器的10^3倍。此外，由于缺少了厚的刚性氧化层，该器件可用于柔性电子集成。

文献链接：Two-terminal floating-gate memory with van der Waals heterostructures for ultrahigh on/off ratio（Nat. Commun., 2016, DOI:10.1038/ncomms12725）

11、ACS Nano：通过活性氧和水洗制备超薄黑磷片

图11 超薄黑磷片制备示意图

韩国浦项科技大学的Sunmin Ryu（通讯作者）和韩国标准科学研究院的Jeong Won Kim（通讯作者）等人报道了一种光化学刻蚀的方法，将层-层堆叠的黑磷（BP）薄膜减薄到少量的片层或单层，并且保证其拉曼光谱和光致发光特性。由O2光解氧化BP，形成类似P2O5的氧化物，从而产生臭氧分子。当所得磷氧化物被水洗去后，BP表面达到预设的厚度，且非常平整，其表面氧官能团也可以对其进行保护。这种方法提供了BP和其他可以通过控制厚度调节带隙的二维半导体的制备方法。

文献链接：Ultrathin and Flat Layer Black Phosphorus Fabricated by Reactive Oxygen and Water Rinse (ACS Nano, 2016, DOI: 10.1021/acsnano.6b04194)

12、Adv. Mater. 通过超禁带光照射在铁电绝缘体中构建自由载流子补偿的带电畴壁

图12 经过光照等处理的BaTiO3单晶中带电畴壁的光学显微图和模拟图

瑞士洛桑联邦理工学院的Petr Bednyakov（通讯作者）和Tomas Sluka（通讯作者）等人成功在室温条件下，用较为简单的方法在高化学计量比的BaTiO3单晶中构建出了稳定的带电畴壁。他们先对BaTiO3单晶样品施加大于E四方-正交(3kv/mm)的外部电压，在保持外部电压的同时，再对样品进行紫外光的照射。紫外光会使样品激发产生自由载流子，从而导致样品温度上升，样品所处电压有所下降，样品发生正交到四方的转变，同时带电畴壁开始形成。自由载流子的补偿作用使产生的带电畴壁能稳定存在。之后撤掉外部电压或光照，样品的带电畴壁也不会消失。他们的工作也能应用于其他铁电单晶或薄膜中，让人们能更自由地通过电子补偿来构建带电畴壁（绝缘材料的导电通道），在纳米电子等领域具有重要意义。

文献链接：Free-Carrier-Compensated Charged Domain Walls Produced with Super-Bandgap Illumination in Insulating Ferroelectrics（Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201602874）

本期内容由材料人电子电工学术组李小依，forest，天行健，Newgate，徐瑞，灵寸，一棵松等人供稿，材料牛编辑整理。

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