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精彩回放
二维材料由于极限超薄厚度、超强量子效应、匹配硅基工艺等,近年来受到学术界的广泛关注。我们聚焦二维材料在异质界面工程的独特优势,利用多维界面生长新型二维材料,利用界面组合产生新奇发光特性,利用界面器件设计优越光电性能,具体包括:(1)界面生长新材料:利用一步滴涂法制备二维碘化铅纳米薄片,并利用碘化铅和有机分子形成的固气界面,实现了多种杂化钙钛矿的灵活制备和异质组装;利用杂化钙钛矿同时具有晶向明确的无机骨架和易于自组装的有机配体,实现了三维和二维钙钛矿之间的室温定向自组装,展现了独特的界面应变效应和发光特性。(2)界面衍生新物性:通过将手性和非手性钙钛矿纳米片组合成范德华异质结,实现了非手性钙钛矿圆偏振光特性的产生、调控和提升;通过研究单层WSe2与其他二维材料组成异质结构的变温荧光光谱,发现了巨大层间剪切热形变的新奇热力学特性和作用机制.(3)界面设计新器件:基于二维半导体和杂化钙钛矿的异质界面工程,制备了基于二维材料的中红外发光二极管、具有优异光电探测性能的微纳光电器件和基于极简结构的超低功耗存储器和整流存储一体化器件.
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钙钛矿太阳能电池(PSCs)的光电转换效率已经超过25%,但寿命依然低于工业所需的20年,严重限制了其商业应用。目前报道的多数钙钛矿电池在水分、光照、热或其他因素的干扰下都会严重失效。聚合物在钙钛矿器件中可起到界面修饰、水氧隔离等作用。本工作系统研究了钙钛矿薄膜的退化机理,采用聚合物矩阵策略,设计并优化了钙钛矿光伏器件的电子传输层,通过开发新型紫外惰性电子传输材料及低温介孔结构,来提高PSCs在潮湿环境或光照下的工作稳定性。制备了ITO/UV惰性ETL/ Cs0.05FA0.81MA0.14PbI2.55Br0.45/Sprio-MeOTAD/Au结构的太阳能电池,其光电转换效率达到22%,光稳定性得到明显改善。优化后的器件在AM1.5G(氙灯)持续光照,最大功率点电压下工作120小时后,依然保持95%以上的初始性能。在进一步的工作中,需要深入研究PSCs的复杂降解机理,在此基础上开发更具针对性的薄膜改性方法和新型器件结构。
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专题研讨会
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Tomonaga-Luttinger liquids (TLLs) have been predicted to host fractional excitations, which are emergent exotic particles that separate the spin and the charge of electrons. This phenomenon is commonly referred to as the spin-charge separation, which is a key to understanding electron correlation effects. Much work on TLLs has focused on collective response of the fractional excitations, but direct imaging or local spectroscopy of them is quite challenging due to their fractional nature.
In this talk I will present our recent studies on a 1D interacting system: mirror twin boundaries (MTBs) of single-layer 1H-MoSe2. We fabricate semiconducting SL 1H-MoSe2 devices whose MTBs host confined 1D electron gas. The gate-dependent STM spectroscopy of MTBs allows direct measurement of the Coulomb interaction energy, which reveals electron correlation effects and suggests TLL behavior. Then the collective spin and charge density wave excitations predicted by the TLL theory is clearly resolved by two linear dispersion branches in the observed Fourier spectroscopy. The velocities of the fractional spin and charge bosons are in quantitative agreement with the TLL theory.
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近年来,关于二维原子晶体材料的研究方兴未艾,核心工作是理解和调控其丰富多彩的新奇性质。除面内调控外,范德华层间/界面相互作用在调控其力学、电学、热学以及光学等性质方面起着重要作用。虽已有实验和理论工作来表征和理解这些界面结构,但对于界面行为是如何影响其物理性质的仍然不是特别清楚。一个重要原因是,内部界面结构的直接微观成像和性质研究在实验技术上是相对比较困难的。本报告,将主要介绍我们在发展何利用多种先进原子力显微技术模式,针对二维材料的本征界面、异质界面以及材料/基底界面开展的一些研究工作。
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原子力显微镜是一种在纳米尺度表征材料微观形貌结构、性能和相变过程的有效工具,在高分子科学领域具有广泛应用。超薄膜中单层或寡层片晶可为研究高分子结晶提供合适的模型体系,与原子力显微镜相结合,不但可以在原位、实空间、高分辨的研究高分子片晶的成核与生长过程,还可以用于研究亚稳态折叠链片晶厚度和形态随热处理温度与时间的演化,从而加深对高分子结晶与熔融的认识。此外,多功能原子力显微镜还被用于研究分子结构、结晶条件和后处理条件对功能高分子晶体性能的影响,进一步还可采用扫描探针加工技术构筑功能化聚集态结构和微图案。
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当AFM探针与样品接触,获得样品表面纳米级形貌的同时,还可以同步获得样品与探针之间皮牛级作用力与皮米级距离的信息。由此可以通过应用接触模型计算附着于不同基底上薄膜样品的力学特性,这就是纳米力学表征方法。本报告简述了提高纳米力学表征结果可靠性方面的成果,并介绍了纳米力学表征方法在研究聚乳酸复合材料微观结构性能关系领域的应用。
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薄膜光电器件,包括太阳能电池,光电探测器,发光二极管和激光器等,是由电极层,界面层和活性层等多层薄膜堆叠组成的光-电或者电-光转换器件,包含丰富的层间甚至层内异质结,其中的关键科学问题是界面能带结构与器件性能的构效关系。薄膜光电器件的界面能带结构非常复杂,不仅随空间位置改变,而且在工况下动态演变,难以根据界面材料组成由理论模型准确推测。
本人致力于发展横截面扫描探针显微术,突破薄膜光电器件垂直封闭结构的限制,解决包埋界面能带结构的工况表征难题。通过界面能带结构与器件性能之间构效关系的准确理解,解析薄膜光电器件未知工作机理,从而为界面设计提供判据,突破器件性能瓶颈。
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半导体及高纯材料元素杂质检测解决方案
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伴随着工业化中后期的到来,面对高质量发展需求,以半导体、新能源、智能制造等为代表的新兴产业快速发展,对材料提出了更高要求。本报告围绕材料科学中经常涉及到的如低聚物的精细分子量表征、材料关键组分的推测、配方型湿电子化学品杂质推测展开,以及安捷伦独特的2DLC-QTOF方案解决复杂表活或低聚物的表征难题。