Recentemente, a Universidade de Illinois, a Universidade de Michigan,Universidade Estadual da PensilvâniaKristen A. Fichthorn, Sharon C. Glotzer e Qian Chen publicaram um artigo intitulado 'Patchy nanoparticles by atomic stencilling' na revista Nature como coautores de comunicação.

Os pesquisadores propuseram um método inovador de modelo atómico para preparar nanopartículas com manchas de polímero na superfície (NPs). As técnicas tradicionais de modelos dependem principalmente de métodos de microfabricação de cima para baixo, como a fotografia, realizada através da padronização em máscaras. No entanto, esses métodos são limitados ao reduzir ainda mais o tamanho das características e ao serem aplicados a superfícies tridimensionais complexas. Em contraste, a lei do modelo atómico desenvolvida pelos pesquisadores adota um processo de auto-montagem para baixo para cima para obter padronização precisa a nível nanométrico através de reações químicas ou interações físicas.

Neste estudo, os pesquisadores usaram uma subcamada de iodeto adsorvida pela superfície como máscara e revestiram o polímero em áreas não mascaradas por meio de ligantes, preparando com sucesso até 20 tipos diferentes de nanopartículas com manchas de polímero de alta uniformidade na superfície. Através da teoria da escala dos polímeros e da simulação da dinâmica molecular, a equipe descobriu que as partículas de mancha geradas por esse método têm uma forma única sem precedentes. Essas nanopartículas com manchas de polímero, devido às suas manchas altamente uniformes, são capazes de se auto-montar em diferentes supergrelhas não-compactamente empilhadas.

Este estudo não só trouxe um avanço importante na padronização em nanoescala, mas também abre novos caminhos para o controle exato de química, reatividade e interação em outros substratos. Espera-se que a tecnologia seja amplamente usada em áreas como administração de medicamentos de precisão, catálise, microeletrônica, supermateriais integrados e engenharia de tecidos.

Figura: Octáedro envolto em iodo

Recentemente, um estudo sobre as superretículas não-van der Waals (non-vdW) foi publicado na revista Nature, intitulado “Superretículas não-van der Waals de carburos e carbonitruros”. Yang Shubin, da Faculdade de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade Aeroespacial de Pequim, é o autor da comunicação.

Tradicionalmente, a supergrade artificial é construída por camadas atômicas através de empilhamento camada por camada ou crescimento sequencial, como a supergrade de grafeno. Esta super grade de van der Valls limita o aumento de seu desempenho devido ao acoplamento de interface mais fraco. A equipe propôs um método de síntese altamente eficiente que produziu com sucesso uma super grade não-van der Waals de uma série de carbonetos e nitretos de carbono. Essas super-grade são realizadas através de ligações de hidrogênio entre camadas, através de estratégias de enrolamento mediadas pela rigidez.

O passo-chave do estudo é criar espaços vazios metálicos na camada MX, personalizando a rigidez de curvatura da camada atômica exportada da fase MAX, desencadeando assim um enrolamento ordenado com deformação de curvatura rápida. Ao contrário da supergrade de Van der Waals, essas supergrades não-vdW têm ligações de hidrogênio que fornecem um poderoso acoplamento de elétrons entre camadas, portadores de carga altamente concentrados (10).²²cm⁻³). Assim, essas super grade apresentam cerca de 30.000 S cm.⁻¹A condutividade elétrica significativa é cerca de 22 vezes maior do que seus homólogos.

Em aplicações de blindagem de interferência eletromagnética, a membrana de ultra-grade não-vdW óptima mostra um excelente efeito de blindagem de 124dB, superando qualquer material sintético conhecido com espessuras semelhantes. Espera-se que a super grade não-vdW expanda significativamente a plataforma de materiais, oferecendo composições e estruturas cristalinas diversificadas, possibilitando novos desenvolvimentos em sistemas de empilhamento artificial.

Figura: Caracterização TEM de uma super grade

Instituto Politécnico Rensselaer,Universidade Estadual da FlóridaYunfeng Shi, Hanwei Gao e Jian Shi, como autores do boletim, publicaram os resultados do estudo “Long-distance remote epitaxy”. O estudo revela novos avanços na tecnologia de extensão remota, trazendo novas oportunidades para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos e fotoeletrônicos.

A extensão remota é uma técnica que estabelece uma relação de extensão entre a película fina e o substrato através de interações remotas que permitem o crescimento de extensões monocristalinas de alta qualidade e a transferência para outros substratos importantes. Na visão tradicional, a distância de ação de extensão remota é geralmente considerada inferior a 1 nanômetro, porque o potencial decae rapidamente após várias distâncias atômicas. No entanto, a equipe do professor Jian Shi mostrou que a extensão remota pode atingir distâncias de 2 a 7 nanômetros.

No experimento, os pesquisadores conseguiram a extensão remota da película CsPbBr3 sobre a base de NaCl, a extensão remota da película KCl sobre a base de KCl e a extensão remota da microbarra ZnO sobre o GaN. O estudo descobriu que houve um erro de bit abaixo de cada microbarra ZnO estendida remotamente sob a base GaN, sugerindo que a extensão remota pode ser projetada e engenhada através de defeitos de controle.

A extensão remota é uma tecnologia emergente de crescimento de extensão que se espera que ofereça oportunidades ricas para projetar dispositivos eletrônicos e optoelétrônicos avançados para se livrar das limitações do conceito de correspondência de grade. Em extensões remotas, o típico material bidimensional de camada única funciona como uma camada tampão electrostática semitransparente, com o potencial de base enfraquecido, mas ainda forte o suficiente para conduzir a nucleação e o crescimento dos átomos. A interação fraca entre a película e o substrato permite que os componentes da película fina sejam transferidos para outros substratos químicamente ou estruturalmente completamente diferentes nas etapas posteriores.

A equipe de pesquisa demonstrou a aplicação da tecnologia de extensão remota em diferentes materiais, incluindo GaAs, InP, GaP, VO₂, SrTiO₃O batio₃com cofe ₂O₄, e₃Fé₅O₁₂O Pb (Mg)_1/3Nb_2/3(O)₃- PbTiO₃com CsPbBr₃、 GaN, ZnO e AlN e a aplicação de filmes de extensão remota em uma variedade de projetos e implementações de dispositivos, incluindo diodos reconstruíveis, dispositivos eletromagnéticos, diodos emissores de luz, detectores fotoelétricos e peles eletrônicas.

As aplicações potenciais desta tecnologia não se limitam ao crescimento de filmes monocristalinos de alta qualidade, mas também podem melhorar o desempenho e a liberdade de projeto de dispositivos eletrônicos e optoelétrônicos. Este avanço na extensão remota oferece uma nova perspectiva para aplicações futuras de ciência e engenharia de materiais.

Gráfico . Crescimento prolongado de ZnO em a-C/GaN

Zhou Peng, da Universidade de Fudan, Liu Chunsen, como autor da comunicação, publicou os resultados da pesquisa "A full-featured 2D flash chip enabled by system integration".

O artigo apresenta um chip flash NOR totalmente funcional com materiais 2D como núcleo para a integração de sistemas através da tecnologia de dispositivos de nível atômico para chip (ATOM2CHIP). A tecnologia combina eletrônica 2D superior como núcleo de armazenamento e vem com uma plataforma CMOS poderosa para suportar o controle de instruções complexas. O plano tecnológico do ATOM2CHIP inclui o processo de chip de pilha completa e o design de sistemas multiplataforma, fornecendo uma estrutura completa para a transição de um conceito de dispositivo emergente para um chip aplicável.

Este processo de pilha completa de chips foi projetado especificamente para um processo que inclui integração plana, arquitetura 3D e embalagem de chips, garantindo uma alta taxa de 94,34%. O design de sistema multiplataforma lida com o design de circuito 2D e o design de validação de compatibilidade de módulos 2D-CMOS, resultando em um chip totalmente funcional com comandos de 8 bits e comandos de alta complexidade em 32 bits paralelos.

O artigo mostra que os materiais 2D apresentam excelentes propriedades eletrônicas, mesmo sob a espessura de uma única camada, e que a estrutura heterogênica de van der Waard permite que as bandas de eletrônicos sejam bem reguladas. Essas características permitem que os dispositivos eletrônicos 2D continuem a capacidade de escalabilidade da tecnologia de silício e criem os mecanismos fundamentais do dispositivo. Como circuito integradoEquipamento semicondutorEm uma demonstração, a memória flash 2D mostrou a vantagem de uma velocidade de programação de túnel Fowler-Nordheim mais rápida e uma melhor escala de comprimento de canal do que a memória flash de silício (tecnologia de armazenamento não volátil mainstream).

Nos últimos anos, tanto na indústria quanto no mundo acadêmico, a pesquisa sobre a integração de semicondutores 2D recebeu cada vez mais atenção. Eletrônica 2D com silício maduroCircuito lógico CMOSA combinação será a maneira ideal de demonstrar as vantagens da eletrônica 2D a nível de sistema e acelerar a transição de equipamentos emergentes do laboratório para a fábrica. A pesquisa no artigo propõe uma estratégia eficaz de integração de sistemas que demonstra a superioridade dos sistemas eletrônicos 2D.

Figura: Imagem STEM do chip de memória flash 2D

Recentemente, Zhao Yixin, Chen Yuetian, Mui Tianfeng e Guo Yongsheng da Universidade de Xangai Jiaotong publicaram um artigo de pesquisa intitulado “A matrix-confined molecular layer for perovskite photovoltaic modules” na Nature como coautores de comunicação.

Os materiais de perovskita devido às suas excelentes propriedades fotoelétricas, nos últimos anos se tornaram um ponto quente de pesquisa no campo fotovoltaico. Eficiência de conversão de energia das células solares de perovskite (PCEA aproximação gradual das pilhas de silício comerciais abriu o caminho para suas aplicações industriais. No entanto, a maioria das células solares de perovskite invertido de alta eficiência atual ainda enfrenta muitos desafios devido à agregação de moléculas auto-montadas (SAMs) e problemas de hidrofobia.

Para resolver esse problema, a equipe propôs uma estratégia de "SAM-in-matrix" que interrompe o problema de agregação causado pela acumulação molecular original distribuindo uma molécula parcialmente auto-montada em uma matriz estável de trifluorofenil boro. As simulações e os resultados experimentais de Monte Carlo em uma rede bidimensional sugerem que essa estratégia pode formar canais de transferência de carga altamente eficientes. Os dispositivos baseados nesta camada de transporte de buraco SAM-in-matrix (HTL) demonstram eficiência geral maior em uma variedade de moléculas auto-montadas, com uma cobertura de superfície estreita, boa condutividade elétrica e uma redução significativa dos nanovazios enterrados. Além disso, a estratégia mostra um potencial de aplicação significativo na produção em escala.

O uso de SAM-in-matrix HTL em substratos FTO/NiOx ajuda a formar películas de perovskite de grande área com boa qualidade de cristal e condutividade aprimorada. Finalmente, a equipe conseguiu preparar um módulo solar de perovskite de grande área de 1m x 2m e estabeleceu um novo recorde de eficiência certificada de 20,05%.

Figura: Perovskita em NiOx/ Me4PA@BCF Gráfico HRTEM do Substrato

Recentemente, a Universidade de Ciência e Tecnologia de Xangai, Timothy Pennycook da Universidade de Antuérpia, Bélgica, e Dou Letian da Universidade de Purdue, EUA, publicaram um artigo de pesquisa intitulado "Atomically resolved edges and defects in lead halogen perovskites" na Nature. Seu estudo revelou a estrutura atômica detalhada das bordas e defeitos do material perovskite de halogênio de chumbo e suas propriedades dinâmicas.

O perovskite de halogeno de chumbo é um material semicondutor orgânico-inorgânico com excelente eficiência de custo e propriedades fotoelétricas interessantes que receberam muita atenção. No entanto, devido à sua extremamente alta sensibilidade, até agora foi difícil obter imagens nítidas de suas bordas. A equipe usou a tecnologia avançada de microscópio eletrônico de transmissão de varredura em quatro dimensões para fazer imagens sobrepostas em doses extremamente baixas, revelando pela primeira vez a estrutura das bordas e defeitos internos do perovskite em resolução atômica. O estudo descobriu que, no iodeto de chumbo de metil amônio (MAPbI3), a terminação de borda de metil amônio e iodo é a maioria, e as taxas de danos de defeitos de borda e internos estão associadas às concentrações e tipos de espaços vazios presentes, especialmente a presença de espaços vazios de iodo está associada a taxas mais altas de danos.

Os materiais de perovskita são muito populares em aplicações de energia solar devido à sua eficiência, facilidade de fabricação, propriedades ajustáveis e versatilidade. No entanto, resolver problemas de margem, falhas e estabilidade é essencial para alcançar seu potencial. A forma estrutural do perovskite é ABX3, onde A representa o catião monovalente, B o catião metálico e X o catião halogênico. Os elementos desempenham um papel diferente, mas crítico, na estabilidade do perovskite. Estudos computacionais e experimentais sugerem que a baixa configuração do bit B é provavelmente a mais instável, e sua estabilidade e eficiência fotovoltaica podem ser significativamente melhoradas pela passivação de várias moléculas de álcali de Lewis. No entanto, devido ao desafio da imagem de resolução atômica desses materiais altamente sensíveis, a visão atômica ainda é limitada.

O estudo não só fornece informações atômicas importantes para a compreensão das bordas e defeitos do perovskite de halogênio de chumbo, mas também oferece novas ideias e métodos para melhorar a eficiência e a estabilidade das células solares do perovskite no futuro.

Imagem: Mapbi₃Imagem de distinção atômica

Recentemente, a Universidade de Tsinghua, Shenzhen International Graduate School Kangfeiyu, Ha Lianying, Luwei e Houting, juntamente com a Universidade de Tianjin Yang Quanhong, como autor de comunicação, publicou um artigo de pesquisa intitulado "A ductile solid electrolyte interphase for solid-state batteries" na Nature. Este estudo apresenta soluções inovadoras para os grandes desafios que as baterias de lítio-metal de estado sólido (SLMB) enfrentam em condições reais de trabalho.

Baterias de lítio-metal de estado sólido são consideradas um dos candidatos mais promissores para veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia em massa. No entanto, sob as condições reais de alta capacidade de área e alta densidade de corrente, o crescimento descontrolado de bicristais de lítio dificulta seriamente suas aplicações comerciais. Embora os eletrólitos de polímero de estado sólido (SPEs) existentes sejam superiores aos eletrólitos inorgânicos de estado sólido em termos de afinidade de interface, sua condutividade iónica e estabilidade são insuficientes para o transporte uniforme e rápido de íons de lítio. Mesmo com a melhoria significativa da condutividade iônica através de projetos microestruturais ou fabricação de SPEs compostos (CSPEs) misturados com cerâmica, as baterias ainda são difíceis de alcançar o objetivo de densidade de corrente superior a 5 mA/cm² e capacidade de área de 5 mAh/cm² sob os requisitos de carregamento rápido dos SLMBs reais.

A equipe descobriu que, embora as interfaces de eletrólitos sólidos tradicionais ricas em fluoreto de lítio (LiF) possam inibir a penetração do lítio, sua fragilidade inerente e barreiras de difusão de íons de lítio dificultam a manutenção da integridade da interface em alta densidade de corrente e alta capacidade de área, resultando em crescimento sério de cristales de lítio, reações secundárias e fissuras na interface. Para isso, a equipe desenvolveu um SEI de resistência rico em componentes de sulfeto de prata (Ag₂S) e fluoreto de prata (AgF). Este SEI tem uma estrutura inorgânica rica em simetria no lado do eletrólito e pró-lítio prata / lítio no lado do lítio metal, garantindo alta estabilidade estrutural e transporte rápido de íons em alta densidade de corrente e alta capacidade de área.

Os resultados experimentais mostraram que, mesmo com uma alta densidade de corrente de 15 mA/cm² e uma capacidade de área de 15 mAh/cm², as baterias de lítio simétricas com o SEI ainda têm uma vida útil de mais de 4.500 horas. Além disso, mesmo em ambientes de baixa temperatura de -30 ° C, em condições reais de 5 mA / cm² e 5 mAh / cm², este SEI resistente ainda funciona por mais de 7.000 horas.

O estudo oferece uma solução prática para baterias de lítio-metal de estado sólido que alcancem longos ciclos de vida, mantendo alto desempenho mesmo em condições extremas. Esta descoberta é importante para o desenvolvimento futuro de veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia em massa.

Imagem: Imagem do eletroscópio congelado da SEI