材料研究是一个非常广泛的范围，如果你的研究方向与当前的市场需求十分契合，是可以做出很多推进民生、实现产业化的工作。显示领域的巨头三星、京东方、UDC，半导体行业的领头羊台积电、英特尔，涂料方向的常青树阿克苏诺贝尔在这篇文章里面带你看看材料领域的产学研。
在石墨烯、钙钛矿无数次登上顶刊的时候，在材料类期刊影响因子一年更比一年高的时候，在学校里面科研的材料人却无数次在材料人后台回复“工作好难找”。事实上，材料研究是一个非常广泛的范围，如果你的研究方向与当前的市场需求十分契合，是可以做出很多推进民生、实现产业化的工作。显示领域的巨头三星、京东方、UDC，半导体行业的领头羊台积电、英特尔，涂料方向的常青树阿克苏诺贝尔在这篇文章里面带你看看材料领域的产学研。1.三星先进技术研究院&斯坦福大学Science：超表面驱动的OLED显示屏每英寸超过10000像素
光学超表面开始进入集成设备，可以增强和控制光波的发射、调制、动态整形和检测。在这项研究中，三星先进技术研究院&斯坦福大学发现有机发光二极管（OLED）显示器的体系结构可以通过引入纳米图案的超表面反射镜而完全重新设想。 在最终的meta-OLED显示器中，不同的metasurface图案定义了红色，绿色和蓝色像素，并确保从有机白色发光体中优化提取这些颜色。这种新的体系结构有助于创建使用可缩放纳米压印光刻技术的新兴显示应用（例如增强现实）所需的超高像素密度（每英寸> 10000像素）的设备。相对于标准的彩色滤光白色OLED，所制造的像素还具有两倍的发光效率和出色的色纯度。Metasurface-driven OLED displays beyond 10000 pixels per inch.(Science, 2020, DOI:10.1126/science.abc8530)2.三星先进技术研究院Nature：高效稳定的蓝色量子点发光二极管
使用量子点对精确的颜色信息进行可视化已经探索了数十年，并且采用环保材料的商业产品目前可以用作背光源。然而，基于量子点的下一代电致发光显示器需要开发有效且稳定的无镉的蓝光发射装置，由于蓝光发射材料的光物理性能较差，这仍然是一个挑战。三星先进技术研究院介绍了ZnSe基蓝色发光量子点的合成。作者发现氢氟酸和氯化锌添加剂可通过消除ZnSe晶体结构中的堆垛层错而有效提高发光效率。另外，通过液体或固体配体交换的氯化物钝化导致缓慢的辐射复合，高的热稳定性和有效的电荷传输性质。文章在发光二极管中构造了具有梯度氯化物含量的双量子点发射层，以促进空穴传输，并且所得器件在理论极限下显示出效率，高亮度和长使用寿命。作者认为高效、稳定的蓝色量子点发光器件可以促进使用量子点的电致发光全色显示器的开发。Efficient and stable blue quantum dot light-emitting diode.(Nature, 2020, DOI:10.1038/s41586-020-2791-x)3.UDC Nature：等离子增强有机发光器件的稳定性和亮度
研究固体材料中电磁波和自由电子的共振相互作用的等离激元理论领域，由于等离激元材料中通常会发生大量损耗，因此尚未投入大规模商业应用。由于其良好的色彩饱和度，通用的形状因数和低功耗，有机发光器件（OLED）已被并入数十亿个商业产品中，但在效率和稳定性方面仍可以得到改善。尽管结合了有机荧光粉的OLED实现了内部的电荷到光的统一转换，但它们的折射率对比却将设备外光子的可观察部分降低了约25％。此外，在OLED操作期间，缓慢衰减的三重态激子和电荷的局部累积会在称为老化的过程中逐渐降低设备的亮度，这可能会导致显示屏出现“烙印”现象。同时提高设备效率和稳定性对于OLED技术至关重要。美国UDC（Universal Display Corporation）演示了一种OLED，它利用等离子体系统的衰减率提高来提高设备稳定性，同时通过结合基于纳米粒子的外耦合方案从等离子体激元模式中提取能量来保持效率。使用原型磷光发射器，可以在与参考常规设备相同的亮度下将操作稳定性提高两倍，同时还可以从等离激元模式中提取16％的能量作为光。这个工作提高OLED稳定性的方法避免了特定于材料的设计，并且适用于当前用于照明面板，电视和移动显示器的所有商用OLED。Plasmonic enhancement of stability and brightness in organic light-emitting devices.(Nature, 2020, DOI:10.1038/s41586-020-2684-z)4.台积电&台湾阳明交通大学&莱斯大学Nature：Cu(111)上的晶圆级单晶六方氮化硼六方氮化硼单层
超薄二维（2D）半导体层状材料为扩展摩尔定律在集成电路中的晶体管数量提供了巨大的潜力。2D半导体的一个主要挑战是避免从相邻的电介质形成电荷散射和捕获位点。六方氮化硼（hBN）的绝缘范德华层提供了出色的界面电介质，有效地减少了电荷散射。最近的研究表明，在熔融金表面或块状铜箔上单晶hBN薄膜的生长。然而，由于熔融金的高成本，交叉污染以及过程控制和可扩展性的潜在问题，因此不被工业所青睐。铜箔可能适用于卷对卷工艺，但不太可能与晶圆上的先进微电子制造兼容。因此，可靠的直接在晶圆上生长单晶hBN薄膜的方法将有助于在工业中广泛采用2D层状材料。先前在Cu（111）金属上生长hBN单层的尝试未能实现单取向，当这些层合并成flms时会导致有害的晶界。人们甚至认为从理论上讲，在诸如Cu（111）这样的高对称性表面上生长单晶hBN是不可能的。台积电&台湾阳明交通大学&莱斯大学报道了在两英寸c面蓝宝石晶片上的Cu（111）薄膜上成功完成了单晶hBN单层的外延生长。第一性原理计算结果证实了这一令人惊讶的结果，这表明通过hBN横向对接至Cu（111）步骤可增强外延生长，从而确保hBN单层的单向性。所获得的单晶hBN在底栅结构中作为二硫化钼和二氧化铪之间的界面层并入，提高了晶体管的电性能。这种生产晶圆级单晶hBN的可靠方法为将来的2D电子学铺平了道路。Wafer-scale single-crystal hexagonal boron nitride monolayers on Cu (111).(Nature, 2020, DOI：10.1038/s41586-020-2009-2)
实验物理学的长期挑战之一是观察室温下超导性。近来，已经在高压下的几种系统中报道了富氢材料中的高温常规超导性。导致室温超导的一个重要发现是硫化氢（H2S）到H3S的压力驱动歧化，最终转变温度为155吉帕的203开尔文。 H2S和CH4都容易在较低压力下与氢混合形成客体-主体结构，并且在4千兆帕斯卡下具有可比的大小。通过将甲烷低压引入用于H3S的H2S + H2前驱体混合物中，分子交换成为一大批富含氢和 H2夹杂物的范德华固体的交换;在极端条件下，这些客体结构成为超导化合物的基础。罗彻斯特大学&英特尔报道了从元素前体开始的光化学转变的碳氢化硫碳氢化物系统中的超导性，在267±10吉帕斯卡下实现的最大超导转变温度为287.7±1.2开尔文。在金刚石砧室的宽压力范围内（从140到275吉帕斯卡）观察到超导状态，并且转变温度在220吉帕斯卡以上时急剧上升。根据Ginzburg的研究，零电阻，高达190吉帕的磁化率以及在高达9特斯拉的外部磁强和约62特斯拉的临界磁强下降低转变温度，从而建立了超导性。氢的光，量子性质限制了通过X射线散射技术对系统进行结构和化学计量的确定，但是拉曼光谱用于探测金属化之前的化学和结构转变。在这里的三元系统中引入化学调节可以在较低压力下保持室温超导性。Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride.(Nature, 2020, DOI:10.1038/s41586-020-2801-z)6.京东方Nano research：通过光刻方法制造的高分辨率、全色量子点发光二极管显示器
显示器在现代信息社会中扮演着极其重要的角色，这对新的更好的产品和技术提出了永无止境的需求。新型显示技术的最新要求集中在高分辨率和高色域上。在包括有机发光二极管（OLED），微发光二极管（micro-LED），量子点发光二极管（QLED），激光显示器，全息显示器等在内的新兴技术中，由于其固有的特性，QLED很有希望高色域以及使用光刻方法实现高分辨率的可能性。然而，先前证明的光刻技术遭受工艺降低的性能以及子像素中的颜色杂质的困扰。京东方展示了一种牺牲层辅助图案化（SLAP）方法，该方法可以与光刻技术结合使用，以制造高分辨率的全色量子点（QD）模式。在这种方法中，负性光刻胶（PR）和牺牲层（SL）用于确定QD沉积的像素，同时SL帮助保护QD层并使其保持完整（称为PR-SL方法）。为了证明该方法在QLED显示器制造中的可行性，通过该工艺制造了500ppi的全色无源矩阵（PM）-QLED原型。结果表明，子像素中没有颜色杂质，并且PM-QLED具有114％的国家电视标准委员会（NTSC）的高色域。这是第一个具有如此高分辨率的全色QLED原型。作者预计，这种创新的构图技术将为未来的显示技术开辟新的视野，并可能导致显示行业的颠覆性和创新性变化。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.格罗宁根大学&阿克苏诺贝尔Sci. Adv.：受自然界启发的涂层
近一个世纪以来，石油化学类单体（如丙烯酸酯）已被广泛用作涂料，树脂和油漆的基础。 在原材料，合成过程和产品功能中整合绿色化学原理的可持续替代品的发展，为科学和社会带来了巨大的挑战。格罗宁根大学&阿克苏诺贝尔报道烷氧基丁烯化物作为丙烯酸酯的生物基替代品和高性能涂料的形成。从生物质衍生的糠醛和在流动反应器中使用可见光和氧气进行对环境无害的光化学转化开始，提供了烷氧基丁烯内酯单体。随后进行自由基（共）聚合，从而使涂料具有可调节的性能，可用于玻璃或塑料等不同的表面。该性能可与目前的石化工业涂料媲美。(Sci. Adv., 2020, DOI:10.1126/sciadv.abe0026)8.三星先进研究院Nature Energy：银碳复合阳极可实现高能长循环全固态锂金属电池
具有锂金属阳极的全固态电池是超越常规锂离子电池性能的强大选择。然而，不希望的锂枝晶生长和低库仑效率阻碍了它们的实际应用。三星先进研究院发现，具有硫化物电解质的高性能全固态锂金属电池是由不含过量锂的Ag-C复合阳极实现的。薄的Ag-C层可以有效地调节Li的沉积，从而导致真正的长电化学循环性。在全电池演示中，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层状氧化物阴极，以及一种银辉石型硫化物电解质。还引入了热等静压技术以改善电极与电解质之间的接触。由此制备的原型袋式电池（0.6 Ah）表现出高能量密度（> 900 Wh/l），超过99.8％的稳定库仑效率和长循环寿命（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)
文章转载自微信公众号：材料人
