学术背景 在高温热绝缘和热电材料的设计中，降低热导率是一个关键目标。超晶格（Superlattice, SL）结构通过交替堆叠不同材料层，能够有效抑制声子（phonon）的热传输，从而显著降低材料的热导率。这一特性使得超晶格在热障涂层（Thermal Barrier Coatings, TBCs）和热电材料中具有重要应用前景。然而，超高温陶瓷（Ultra-High-Temperature Ceramics, UHTCs）在极端环境下的热传输特性及其超晶格结构的设计仍存在许多未解之谜。尤其是过渡金属碳化物（如HfC和TaC）因其高熔点和结构稳定性，成为高温应用的理想候选材料。然而，关于HfC/TaC超晶格的热导率及其界面热阻的研究仍较为有限。 本研究旨在通过实验探究HfC/TaC超晶格的热传输...

学术背景 立方氮化硼（C-BN）是一种超宽带隙半导体材料，具有极高的热导率、低介电常数和高击穿电场，因此在高温、高功率电子器件中具有广泛的应用前景。然而，C-BN的合成仍然面临诸多挑战，尤其是如何在大尺寸基底上实现高质量的单晶C-BN薄膜的生长。金刚石由于其与C-BN的晶格失配较小（1.36%），被认为是C-BN外延生长的理想基底。尽管如此，C-BN/金刚石异质结构的合成仍然处于早期发展阶段，尤其是在如何减少缺陷密度和提高薄膜质量方面，仍然存在许多未解之谜。 本研究旨在通过电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积（ECR PECVD）技术，在硼掺杂的金刚石基底上生长C-BN薄膜，并通过透射电子显微镜（TEM）和电子能量损失谱（EELS）等手段，详细分析薄膜的形貌特征、缺陷类型以及化学键合状态。研...

碳氮化物（Carbon Nitride, CN）作为一种二维n型半导体材料，因其优异的光催化活性和稳定性，在光驱动能量转换和环境应用中展现出巨大潜力。然而，尽管CN在光催化领域表现出色，其在光电子器件中的应用却受到限制，尤其是在硅（Si）基光电子器件中。主要原因在于缺乏能够大规模制备高质量、均匀且可加工的CN薄膜的合成方法。现有的合成方法，如纳米片分散涂层、液-固界面合成、高温退火等，虽然在一定程度上实现了CN薄膜的制备，但在晶圆级均匀性、表面粗糙度以及与硅的界面结合强度等方面仍存在不足。这些问题导致CN与硅的异质界面存在大量缺陷，阻碍了载流子的传输，进而限制了器件性能的提升。 为了解决这些问题，研究人员提出了一种新型的合成方法，通过两步化学气相沉积（CVD）和氢气氛退火工艺，成功在硅上制备...

学术背景 金属卤化物钙钛矿（Metal Halide Perovskites, MHPs）因其独特的光电特性在光伏领域备受关注。近年来，这些材料在发光二极管、激光器、光电探测器和自旋电子学等领域的应用也得到了广泛研究。然而，尽管在溶液法（solution-processed）制备的钙钛矿薄膜方面取得了显著进展，关于气相法（vapor-phase deposition）制备的钙钛矿薄膜的外延生长（epitaxial growth）研究仍然较少。外延生长是一种能够实现单晶薄膜生长的技术，对于理解材料的基本物理性质以及开发高性能器件至关重要。本文旨在通过脉冲激光沉积（Pulsed Laser Deposition, PLD）技术，在室温下实现α-CH3NH3PbI3（甲基铵铅碘钙钛矿）的外延生长，...

学术背景 沸石（zeolite）是一种具有规则孔道结构的微孔材料，广泛应用于催化、吸附和离子交换等领域。由于其独特的孔道结构和化学性质，沸石在石油化工、环境保护和能源储存等领域具有重要的应用价值。然而，沸石的合成和结构调控仍然面临诸多挑战，尤其是在超大孔沸石的合成和结构稳定性方面。传统的合成方法往往难以精确控制沸石的结构，而拓扑转化（topotactic transformation）作为一种重要的策略，可以通过原子尺度的结构变化来实现沸石的定向合成和结构调控。 本研究旨在通过时间分辨的三维电子衍射（3D electron diffraction, 3D ED）技术，揭示超大孔硅酸盐沸石ECNU-45向ECNU-46的拓扑转化过程。通过原子尺度的结构动态分析，研究者希望深入理解沸石在拓扑转化...

学术背景 全球范围内的水资源和能源短缺问题在干旱和偏远地区尤为严重，尤其是在气候变化加剧的背景下，这一问题变得更加紧迫。传统的水资源和能源获取方式，如海水淡化或大规模电力输送，不仅成本高昂，技术复杂，且难以在资源匮乏的地区实施。因此，开发一种可持续的技术，能够从大气中直接获取水分并将其转化为清洁水和能源，成为了当前研究的重点。大气水分收集（Atmospheric Water Harvesting, AWH）技术通过利用自然界的露水和雾气，提供了一种分散式的解决方案，能够在干旱和偏远地区提供清洁水资源，同时减少对传统集中式系统的依赖。然而，如何将AWH技术与能源生成相结合，特别是通过电催化水分解产生氢气和氧气，仍然是一个具有挑战性的课题。 论文来源 该研究由Yi Lu、Zongze Li、Gu...

学术背景 随着全球对绿色能源需求的不断增长，燃料电池和金属空气电池因其高能量密度而被认为是能源转换和存储的潜在解决方案。然而，这些技术的商业化进程受到阴极氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction, ORR）动力学的限制。目前，铂（Pt）及其合金因其高效的四电子过程和优异的催化性能，被视为最有效的ORR电催化剂。然而，铂的稀缺性和高昂成本促使科研人员寻找非贵金属甚至无金属的电催化剂，以替代铂基材料。 碳基材料因其高导电性、低成本和耐腐蚀性，被认为是潜在的替代材料。然而，与铂基催化剂相比，碳基材料通常需要更高的负载量才能达到相似的性能。高负载量会导致质量传输阻力增加，进而影响设备的整体性能。因此，开发能够在高负载条件下保持高效反应物传输的碳材料，成为当前研究的重要方向。 论...

从无定形前驱体预测晶体的出现：深度学习助力材料科学新突破 背景介绍 晶体从无定形物质中逐步生成的过程在自然界与实验室中具有重大意义。这一过程广泛存在于从地质到生物过程的各种现象中，并且在开发新材料的过程中占据核心地位。然而，无定形状态向晶体态的转化中，最初出现的常常是亚稳态（metastable state）晶体，而非热力学上的稳定态晶体。这种亚稳态形成的普遍规律可以通过”Ostwald法则”加以解释，该法则指出与无定形前驱体（amorphous precursor）具有相似局部结构特征的晶体将更容易优先成核。 无定形材料的晶化过程，尤其是其能量景观（energy landscape）的建模，一直以来是科学界的难点。传统的分子建模方法或从头计算（ab initio methods）由于计算量...

关于Cr掺杂V₂O₃薄膜压阻效应的研究及其在MEMS传感器中的应用 学术背景 压阻式微机电系统（MEMS）传感器是一类利用材料的压阻效应将应力变化转化为电阻变化的设备，广泛应用于汽车、航空航天、生物医学和研究领域。目前，大多数压阻式传感器使用掺杂硅作为压阻材料，尽管其易于集成且成本低廉，但其压阻效应有限，纵向压阻系数（Gauge Factor, GF）通常低于120。为了提升传感器性能，研究人员一直在探索新的压阻材料。钒氧化物材料因其独特的压阻特性引起了广泛关注，尤其是Cr掺杂的V₂O₃薄膜，其在室温下通过应变控制表现出显著的电阻变化，显示出作为压阻材料的潜力。 论文来源 本论文由Michiel Gidts、Wei-Fan Hsu、Maria Recaman Payo、Shaswat Kus...

多功能Cu₂O/g-C₃N₄异质结：高性能SERS传感器与光催化自清洁系统在水污染检测与修复中的应用 学术背景 随着工业化和农业活动的快速发展，水污染已成为全球性的重大环境问题。大量的有害物质，如染料、抗生素和农药，持续被排放到水体中，直接或间接地破坏了水生生态系统，并对人类健康构成严重威胁。传统的污水处理技术难以完全消除或降解这些持久性、隐蔽性和复杂性的污染物。因此，开发能够高效检测和修复水污染的多功能设备变得尤为重要。 表面增强拉曼散射（Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS）技术因其高灵敏度和广谱检测能力，已成为痕量污染物检测的有效方法。然而，传统的SERS基底依赖于贵金属（如金或银），这些材料成本高且易腐蚀，限制了其大规模应用。相比之下，基于半...