材料研究是一個非常廣泛的范圍，如果你的研究方向與當前的市場需求十分契合，是可以做出很多推進民生、實現(xiàn)產業(yè)化的工作。顯示領域的巨頭三星、京東方、UDC，半導體行業(yè)的領頭羊臺積電、英特爾，涂料方向的常青樹阿克蘇諾貝爾在這篇文章里面帶你看看材料領域的產學研。
在石墨烯、鈣鈦礦無數(shù)次登上頂刊的時候，在材料類期刊影響因子一年更比一年高的時候，在學校里面科研的材料人卻無數(shù)次在材料人后臺回復“工作好難找”。事實上，材料研究是一個非常廣泛的范圍，如果你的研究方向與當前的市場需求十分契合，是可以做出很多推進民生、實現(xiàn)產業(yè)化的工作。顯示領域的巨頭三星、京東方、UDC，半導體行業(yè)的領頭羊臺積電、英特爾，涂料方向的常青樹阿克蘇諾貝爾在這篇文章里面帶你看看材料領域的產學研。1.三星先進技術研究院&斯坦福大學Science：超表面驅動的OLED顯示屏每英寸超過10000像素
光學超表面開始進入集成設備，可以增強和控制光波的發(fā)射、調制、動態(tài)整形和檢測。在這項研究中，三星先進技術研究院&斯坦福大學發(fā)現(xiàn)有機發(fā)光二極管（OLED）顯示器的體系結構可以通過引入納米圖案的超表面反射鏡而完全重新設想。 在最終的meta-OLED顯示器中，不同的metasurface圖案定義了紅色，綠色和藍色像素，并確保從有機白色發(fā)光體中優(yōu)化提取這些顏色。這種新的體系結構有助于創(chuàng)建使用可縮放納米壓印光刻技術的新興顯示應用（例如增強現(xiàn)實）所需的超高像素密度（每英寸> 10000像素）的設備。相對于標準的彩色濾光白色OLED，所制造的像素還具有兩倍的發(fā)光效率和出色的色純度。Metasurface-driven OLED displays beyond 10000 pixels per inch.(Science, 2020, DOI:10.1126/science.abc8530)2.三星先進技術研究院Nature：高效穩(wěn)定的藍色量子點發(fā)光二極管
使用量子點對精確的顏色信息進行可視化已經探索了數(shù)十年，并且采用環(huán)保材料的商業(yè)產品目前可以用作背光源。然而，基于量子點的下一代電致發(fā)光顯示器需要開發(fā)有效且穩(wěn)定的無鎘的藍光發(fā)射裝置，由于藍光發(fā)射材料的光物理性能較差，這仍然是一個挑戰(zhàn)。三星先進技術研究院介紹了ZnSe基藍色發(fā)光量子點的合成。作者發(fā)現(xiàn)氫氟酸和氯化鋅添加劑可通過消除ZnSe晶體結構中的堆垛層錯而有效提高發(fā)光效率。另外，通過液體或固體配體交換的氯化物鈍化導致緩慢的輻射復合，高的熱穩(wěn)定性和有效的電荷傳輸性質。文章在發(fā)光二極管中構造了具有梯度氯化物含量的雙量子點發(fā)射層，以促進空穴傳輸，并且所得器件在理論極限下顯示出效率，高亮度和長使用壽命。作者認為高效、穩(wěn)定的藍色量子點發(fā)光器件可以促進使用量子點的電致發(fā)光全色顯示器的開發(fā)。Efficient and stable blue quantum dot light-emitting diode.(Nature, 2020, DOI:10.1038/s41586-020-2791-x)3.UDC Nature：等離子增強有機發(fā)光器件的穩(wěn)定性和亮度
研究固體材料中電磁波和自由電子的共振相互作用的等離激元理論領域，由于等離激元材料中通常會發(fā)生大量損耗，因此尚未投入大規(guī)模商業(yè)應用。由于其良好的色彩飽和度，通用的形狀因數(shù)和低功耗，有機發(fā)光器件（OLED）已被并入數(shù)十億個商業(yè)產品中，但在效率和穩(wěn)定性方面仍可以得到改善。盡管結合了有機熒光粉的OLED實現(xiàn)了內部的電荷到光的統(tǒng)一轉換，但它們的折射率對比卻將設備外光子的可觀察部分降低了約25％。此外，在OLED操作期間，緩慢衰減的三重態(tài)激子和電荷的局部累積會在稱為老化的過程中逐漸降低設備的亮度，這可能會導致顯示屏出現(xiàn)“烙印”現(xiàn)象。同時提高設備效率和穩(wěn)定性對于OLED技術至關重要。美國UDC（Universal Display Corporation）演示了一種OLED，它利用等離子體系統(tǒng)的衰減率提高來提高設備穩(wěn)定性，同時通過結合基于納米粒子的外耦合方案從等離子體激元模式中提取能量來保持效率。使用原型磷光發(fā)射器，可以在與參考常規(guī)設備相同的亮度下將操作穩(wěn)定性提高兩倍，同時還可以從等離激元模式中提取16％的能量作為光。這個工作提高OLED穩(wěn)定性的方法避免了特定于材料的設計，并且適用于當前用于照明面板，電視和移動顯示器的所有商用OLED。Plasmonic enhancement of stability and brightness in organic light-emitting devices.(Nature, 2020, DOI:10.1038/s41586-020-2684-z)4.臺積電&臺灣陽明交通大學&萊斯大學Nature：Cu(111)上的晶圓級單晶六方氮化硼六方氮化硼單層
超薄二維（2D）半導體層狀材料為擴展摩爾定律在集成電路中的晶體管數(shù)量提供了巨大的潛力。2D半導體的一個主要挑戰(zhàn)是避免從相鄰的電介質形成電荷散射和捕獲位點。六方氮化硼（hBN）的絕緣范德華層提供了出色的界面電介質，有效地減少了電荷散射。最近的研究表明，在熔融金表面或塊狀銅箔上單晶hBN薄膜的生長。然而，由于熔融金的高成本，交叉污染以及過程控制和可擴展性的潛在問題，因此不被工業(yè)所青睞。銅箔可能適用于卷對卷工藝，但不太可能與晶圓上的先進微電子制造兼容。因此，可靠的直接在晶圓上生長單晶hBN薄膜的方法將有助于在工業(yè)中廣泛采用2D層狀材料。先前在Cu（111）金屬上生長hBN單層的嘗試未能實現(xiàn)單取向，當這些層合并成flms時會導致有害的晶界。人們甚至認為從理論上講，在諸如Cu（111）這樣的高對稱性表面上生長單晶hBN是不可能的。臺積電&臺灣陽明交通大學&萊斯大學報道了在兩英寸c面藍寶石晶片上的Cu（111）薄膜上成功完成了單晶hBN單層的外延生長。第一性原理計算結果證實了這一令人驚訝的結果，這表明通過hBN橫向對接至Cu（111）步驟可增強外延生長，從而確保hBN單層的單向性。所獲得的單晶hBN在底柵結構中作為二硫化鉬和二氧化鉿之間的界面層并入，提高了晶體管的電性能。這種生產晶圓級單晶hBN的可靠方法為將來的2D電子學鋪平了道路。Wafer-scale single-crystal hexagonal boron nitride monolayers on Cu (111).(Nature, 2020, DOI：10.1038/s41586-020-2009-2)
實驗物理學的長期挑戰(zhàn)之一是觀察室溫下超導性。近來，已經在高壓下的幾種系統(tǒng)中報道了富氫材料中的高溫常規(guī)超導性。導致室溫超導的一個重要發(fā)現(xiàn)是硫化氫（H2S）到H3S的壓力驅動歧化，最終轉變溫度為155吉帕的203開爾文。 H2S和CH4都容易在較低壓力下與氫混合形成客體-主體結構，并且在4千兆帕斯卡下具有可比的大小。通過將甲烷低壓引入用于H3S的H2S + H2前驅體混合物中，分子交換成為一大批富含氫和 H2夾雜物的范德華固體的交換;在極端條件下，這些客體結構成為超導化合物的基礎。羅徹斯特大學&英特爾報道了從元素前體開始的光化學轉變的碳氫化硫碳氫化物系統(tǒng)中的超導性，在267±10吉帕斯卡下實現(xiàn)的最大超導轉變溫度為287.7±1.2開爾文。在金剛石砧室的寬壓力范圍內（從140到275吉帕斯卡）觀察到超導狀態(tài)，并且轉變溫度在220吉帕斯卡以上時急劇上升。根據(jù)Ginzburg的研究，零電阻，高達190吉帕的磁化率以及在高達9特斯拉的外部磁強和約62特斯拉的臨界磁強下降低轉變溫度，從而建立了超導性。氫的光，量子性質限制了通過X射線散射技術對系統(tǒng)進行結構和化學計量的確定，但是拉曼光譜用于探測金屬化之前的化學和結構轉變。在這里的三元系統(tǒng)中引入化學調節(jié)可以在較低壓力下保持室溫超導性。Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride.(Nature, 2020, DOI:10.1038/s41586-020-2801-z)6.京東方Nano research：通過光刻方法制造的高分辨率、全色量子點發(fā)光二極管顯示器
顯示器在現(xiàn)代信息社會中扮演著極其重要的角色，這對新的更好的產品和技術提出了永無止境的需求。新型顯示技術的最新要求集中在高分辨率和高色域上。在包括有機發(fā)光二極管（OLED），微發(fā)光二極管（micro-LED），量子點發(fā)光二極管（QLED），激光顯示器，全息顯示器等在內的新興技術中，由于其固有的特性，QLED很有希望高色域以及使用光刻方法實現(xiàn)高分辨率的可能性。然而，先前證明的光刻技術遭受工藝降低的性能以及子像素中的顏色雜質的困擾。京東方展示了一種犧牲層輔助圖案化（SLAP）方法，該方法可以與光刻技術結合使用，以制造高分辨率的全色量子點（QD）模式。在這種方法中，負性光刻膠（PR）和犧牲層（SL）用于確定QD沉積的像素，同時SL幫助保護QD層并使其保持完整（稱為PR-SL方法）。為了證明該方法在QLED顯示器制造中的可行性，通過該工藝制造了500ppi的全色無源矩陣（PM）-QLED原型。結果表明，子像素中沒有顏色雜質，并且PM-QLED具有114％的國家電視標準委員會（NTSC）的高色域。這是第一個具有如此高分辨率的全色QLED原型。作者預計，這種創(chuàng)新的構圖技術將為未來的顯示技術開辟新的視野，并可能導致顯示行業(yè)的顛覆性和創(chuàng)新性變化。High-resolution, full-color quantum dot light-emitting diode display fabricated via photolithography approach.(Nano research, 2020, DOI:10.1007/s12274-020-2883-9 )7.格羅寧根大學&阿克蘇諾貝爾Sci. Adv.：受自然界啟發(fā)的涂層
近一個世紀以來，石油化學類單體（如丙烯酸酯）已被廣泛用作涂料，樹脂和油漆的基礎。 在原材料，合成過程和產品功能中整合綠色化學原理的可持續(xù)替代品的發(fā)展，為科學和社會帶來了巨大的挑戰(zhàn)。格羅寧根大學&阿克蘇諾貝爾報道烷氧基丁烯化物作為丙烯酸酯的生物基替代品和高性能涂料的形成。從生物質衍生的糠醛和在流動反應器中使用可見光和氧氣進行對環(huán)境無害的光化學轉化開始，提供了烷氧基丁烯內酯單體。隨后進行自由基（共）聚合，從而使涂料具有可調節(jié)的性能，可用于玻璃或塑料等不同的表面。該性能可與目前的石化工業(yè)涂料媲美。(Sci. Adv., 2020, DOI:10.1126/sciadv.abe0026)8.三星先進研究院Nature Energy：銀碳復合陽極可實現(xiàn)高能長循環(huán)全固態(tài)鋰金屬電池
具有鋰金屬陽極的全固態(tài)電池是超越常規(guī)鋰離子電池性能的強大選擇。然而，不希望的鋰枝晶生長和低庫侖效率阻礙了它們的實際應用。三星先進研究院發(fā)現(xiàn)，具有硫化物電解質的高性能全固態(tài)鋰金屬電池是由不含過量鋰的Ag-C復合陽極實現(xiàn)的。薄的Ag-C層可以有效地調節(jié)Li的沉積，從而導致真正的長電化學循環(huán)性。在全電池演示中，作者使用了具有高比容量（> 210 mAh/g）和高面容量（> 6.8 mAh/cm2）的高Ni層狀氧化物陰極，以及一種銀輝石型硫化物電解質。還引入了熱等靜壓技術以改善電極與電解質之間的接觸。由此制備的原型袋式電池（0.6 Ah）表現(xiàn)出高能量密度（> 900 Wh/l），超過99.8％的穩(wěn)定庫侖效率和長循環(huán)壽命（1000次）。High-energy long-cycling all-solid-state lithium metal batteries enabled by silver-carbon composite anodes.
(Nature energy, 2020, DOI:10.1038/s41560-020-0575-z)
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