新型材料

光激發誘導化學鍵合實現半導體量子點3D納米打印

清華大學精密儀器系孫洪波教授、林琳涵副教授課題組提出了利用光生高能載流子調控納米材料的表面化學活性，實現基于化學鍵合的納米粒子三維激光裝配新技術。相關成果發表于《科學》（Science）。利用化學合成可以實現豐富多彩（不同尺寸、形貌、成分）納米粒子的制備與精確裁制，并且這些納米材料的晶體質量高、表面質量好，光、電、磁等多方面性能優越。然而這些化學合成的納米粒子缺乏有效的器件化制備工藝，這成為其廣泛應用的技術瓶頸。基于這項技術，研究團隊展示了多種不同納米粒子的復雜三維結構和異質結構，實現了超越光學衍射極限的高精度激光微納制造，為微納功能器件的制備提供了新思路。

光激發誘導化學鍵合的原理示意圖（圖片來源于清華大學網站）

量子點顏色系統（RGB）三色打印及異質圖案化（圖片來源于清華大學網站）

硅襯底上單層WS2二次諧波高效定向性發射研究

中國科學院國家納米科學中心劉新風團隊與北京大學、北京理工大學研究團隊合作，通過將原子級薄的二硫化鎢（WS2）薄膜與硅孔陣列耦合形成法布里-珀羅（F-P）腔，實現增強的二次諧波定向發射。相關成果發表于《ACS納米》（ACS Nano）。使用微納結構增強單層二維過渡金屬硫化物（TMDs）材料中光與物質相互作用，提高二次諧波轉換效率。二次諧波方向性出射的實現，可以提高遠場光束的利用率，使其能更好地應用在硅基超薄倍頻器件、集成光子學等領域。研究利用硅基微結構與單層二維過渡金屬硫化物（TMDs）材料耦合，實現定向發射的高效二次諧波產生，推動了硅基微結構在非線性領域的發展。

全鈣鈦礦疊層太陽能電池研究進展

四川大學材料科學與工程學院趙德威教授與蘇州大學李孝峰教授等合作，提出了限域退火方法制備高質量鈣鈦礦結晶薄膜的策略，并且這一方法對于不同組分鈣鈦礦薄膜具有普適性，最終實現了效率超過25%的全鈣鈦礦疊層太陽能電池。相關成果發表于《自然·能源》（Nature Energy）。構建基于鈣鈦礦材料的疊層太陽能電池，突破單結光伏器件效率極限，是提升鈣鈦礦光伏效率的有效途徑。全鈣鈦礦疊層太陽能電池包含不同帶隙的鈣鈦礦吸光材料，由于不同組分會影響鈣鈦礦材料的結晶過程和特性，造成薄膜生長過程不可控及結晶質量較差等問題。相關研究開發了一種具有普適性的鈣鈦礦薄膜結晶調控方法，表現出良好的效果。

磺化超微孔膜實現高效率且多形式的鹽差能發電

中國科學技術大學應用化學系徐銅文、楊正金團隊在用于鹽差能發電的離子交換膜方面取得新進展。相關成果發表于《能源與環境科學》（Energy & Environmental Science）。現階段缺乏能同時實現高功率密度和高轉換效率的膜材料，從工業廢水等其他水源中提取能源的研究很少。基于此，文章報道了一種磺化的超微孔聚氧雜蒽基（SPX）離子膜，揭示了軟物質限域下的離子傳遞特性，利用膜內亞納米的親水微孔實現了極高的離子選擇性，提高了鹽差能發電的效率。這一離子膜材料的設計理念也將鹽差能發電的概念從海水-河水體系，拓展到無濃差鹽溶液，甚至工業廢水體系。

高熵超高溫陶瓷基復合材料研究

中國科學院上海硅酸鹽研究所董紹明院士團隊將高熵超高溫陶瓷與陶瓷基復合材料概念相結合，首次制備并報道了高熵超高溫陶瓷基復合材料。相關成果發表于《復合材料B部分:工程》（Composites Part B: Engineering）。“高熵”是近年來出現的新的材料設計理論,其概念最初由高熵合金發展而來。隨著高熵合金研究的不斷深入，高熵的概念逐漸拓展到其他材料體系中。由于高熵效應的存在，高熵超高溫陶瓷具有很多新奇的性能，使其成為超高溫陶瓷領域的研究熱點和重要發展方向。研究為耐極端高溫陶瓷基復合材料及熱結構的設計制備提供了全新的思路和解決方案。

復合材料在高溫燒蝕和降溫過程中的物相轉變示意圖（圖片來源于中國科學院上海硅酸鹽研究所網站）

燒蝕中心形成的微觀形貌、晶體結構解析及元素組成分析（圖片來源于中國科學院上海硅酸鹽研究所網站）

促血管內皮化生物材料研究

華東理工大學材料科學與工程學院劉潤輝教授課題組通過聚合物策略實現了選擇性促進內皮細胞生長和促快速內皮化功能。相關成果發表于《先進材料》（Advanced Materials）。血管內皮層作為血管的內部屏障，在許多生理和病理過程中發揮著關鍵的作用。然而，人工血管和血管支架植入等造成的內皮層損傷會導致平滑肌細胞的過度增殖、血小板活化等問題，最終引發內膜增生及血栓形成。因此，選擇性促進內皮細胞生長和促快速內皮化是維持血管長期通暢的最有效策略之一。相關研究設計和發現了一種新的聚合物策略，實現了對內皮細胞顯著的選擇性和優異的促快速內皮化功能。

用于室溫二維磁性半導體的超薄鐵氧體納米片

武漢大學物理科學與技術學院何軍教授課題組報道了有關室溫二維磁性半導體的最新研究成果。相關成果發表于《自然·通訊》（Nature Communications）。當前報道的二維鐵磁半導體的種類相當有限，且大多具有遠低于室溫的居里溫度和較差的環境穩定性，極大地限制了它們在自旋電子器件中的實際應用。因此，探索具有本征室溫鐵磁性的二維半導體材料及其簡便可控的合成方法，對領域的發展具有重要意義。這項工作基于限域范德華外延技術，通過引入動力學生長來實現高質量二維鐵氧體單晶的制備，其厚度最薄可至單個晶胞，具有遠高于室溫的居里溫度和優異的環境穩定性，表現出厚度依賴的半導體特性和磁特性。

具有快充性能的新型電極材料

北京大學材料科學與工程學院龐全全團隊與國內外科學家合作，在快充熔融鹽鋁電池領域取得重要突破。相關成果發表于《自然》（Nature）。文章報道了一種高安全不可燃、超低材料成本、可實現快充的熔融鹽鋁電池。研究團隊通過使用一種低熔點的無機氯化物熔融電解質，成功替代了當前的離子液體，實現鋁電池的高倍率運行、低電壓極化及高能量效率；同時熔融鹽電解質的熱穩定性高，不可燃，使得電池體系具有高安全性，解決了大規模集成系統安全性方面的疑慮。另外，這一電池體系使用元素豐富的硫作為正極，在較低的溫度——110℃下運行，表現出了高比容量及超快充特性。