新型材料

光激发诱导化学键合实现半导体量子点3D纳米打印

清华大学精密仪器系孙洪波教授、林琳涵副教授课题组提出了利用光生高能载流子调控纳米材料的表面化学活性，实现基于化学键合的纳米粒子三维激光装配新技术。相关成果发表于《科学》（Science）。利用化学合成可以实现丰富多彩（不同尺寸、形貌、成分）纳米粒子的制备与精确裁制，并且这些纳米材料的晶体质量高、表面质量好，光、电、磁等多方面性能优越。然而这些化学合成的纳米粒子缺乏有效的器件化制备工艺，这成为其广泛应用的技术瓶颈。基于这项技术，研究团队展示了多种不同纳米粒子的复杂三维结构和异质结构，实现了超越光学衍射极限的高精度激光微纳制造，为微纳功能器件的制备提供了新思路。

光激发诱导化学键合的原理示意图（图片来源于清华大学网站）

量子点颜色系统（RGB）三色打印及异质图案化（图片来源于清华大学网站）

硅衬底上单层WS2二次谐波高效定向性发射研究

中国科学院国家纳米科学中心刘新风团队与北京大学、北京理工大学研究团队合作，通过将原子级薄的二硫化钨（WS2）薄膜与硅孔阵列耦合形成法布里-珀罗（F-P）腔，实现增强的二次谐波定向发射。相关成果发表于《ACS纳米》（ACS Nano）。使用微纳结构增强单层二维过渡金属硫化物（TMDs）材料中光与物质相互作用，提高二次谐波转换效率。二次谐波方向性出射的实现，可以提高远场光束的利用率，使其能更好地应用在硅基超薄倍频器件、集成光子学等领域。研究利用硅基微结构与单层二维过渡金属硫化物（TMDs）材料耦合，实现定向发射的高效二次谐波产生，推动了硅基微结构在非线性领域的发展。

全钙钛矿叠层太阳能电池研究进展

四川大学材料科学与工程学院赵德威教授与苏州大学李孝峰教授等合作，提出了限域退火方法制备高质量钙钛矿结晶薄膜的策略，并且这一方法对于不同组分钙钛矿薄膜具有普适性，最终实现了效率超过25%的全钙钛矿叠层太阳能电池。相关成果发表于《自然·能源》（Nature Energy）。构建基于钙钛矿材料的叠层太阳能电池，突破单结光伏器件效率极限，是提升钙钛矿光伏效率的有效途径。全钙钛矿叠层太阳能电池包含不同带隙的钙钛矿吸光材料，由于不同组分会影响钙钛矿材料的结晶过程和特性，造成薄膜生长过程不可控及结晶质量较差等问题。相关研究开发了一种具有普适性的钙钛矿薄膜结晶调控方法，表现出良好的效果。

磺化超微孔膜实现高效率且多形式的盐差能发电

中国科学技术大学应用化学系徐铜文、杨正金团队在用于盐差能发电的离子交换膜方面取得新进展。相关成果发表于《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）。现阶段缺乏能同时实现高功率密度和高转换效率的膜材料，从工业废水等其他水源中提取能源的研究很少。基于此，文章报道了一种磺化的超微孔聚氧杂蒽基（SPX）离子膜，揭示了软物质限域下的离子传递特性，利用膜内亚纳米的亲水微孔实现了极高的离子选择性，提高了盐差能发电的效率。这一离子膜材料的设计理念也将盐差能发电的概念从海水-河水体系，拓展到无浓差盐溶液，甚至工业废水体系。

高熵超高温陶瓷基复合材料研究

中国科学院上海硅酸盐研究所董绍明院士团队将高熵超高温陶瓷与陶瓷基复合材料概念相结合，首次制备并报道了高熵超高温陶瓷基复合材料。相关成果发表于《复合材料B部分:工程》（Composites Part B: Engineering）。“高熵”是近年来出现的新的材料设计理论,其概念最初由高熵合金发展而来。随着高熵合金研究的不断深入，高熵的概念逐渐拓展到其他材料体系中。由于高熵效应的存在，高熵超高温陶瓷具有很多新奇的性能，使其成为超高温陶瓷领域的研究热点和重要发展方向。研究为耐极端高温陶瓷基复合材料及热结构的设计制备提供了全新的思路和解决方案。

复合材料在高温烧蚀和降温过程中的物相转变示意图（图片来源于中国科学院上海硅酸盐研究所网站）

烧蚀中心形成的微观形貌、晶体结构解析及元素组成分析（图片来源于中国科学院上海硅酸盐研究所网站）

促血管内皮化生物材料研究

华东理工大学材料科学与工程学院刘润辉教授课题组通过聚合物策略实现了选择性促进内皮细胞生长和促快速内皮化功能。相关成果发表于《先进材料》（Advanced Materials）。血管内皮层作为血管的内部屏障，在许多生理和病理过程中发挥着关键的作用。然而，人工血管和血管支架植入等造成的内皮层损伤会导致平滑肌细胞的过度增殖、血小板活化等问题，最终引发内膜增生及血栓形成。因此，选择性促进内皮细胞生长和促快速内皮化是维持血管长期通畅的最有效策略之一。相关研究设计和发现了一种新的聚合物策略，实现了对内皮细胞显著的选择性和优异的促快速内皮化功能。

用于室温二维磁性半导体的超薄铁氧体纳米片

武汉大学物理科学与技术学院何军教授课题组报道了有关室温二维磁性半导体的最新研究成果。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。当前报道的二维铁磁半导体的种类相当有限，且大多具有远低于室温的居里温度和较差的环境稳定性，极大地限制了它们在自旋电子器件中的实际应用。因此，探索具有本征室温铁磁性的二维半导体材料及其简便可控的合成方法，对领域的发展具有重要意义。这项工作基于限域范德华外延技术，通过引入动力学生长来实现高质量二维铁氧体单晶的制备，其厚度最薄可至单个晶胞，具有远高于室温的居里温度和优异的环境稳定性，表现出厚度依赖的半导体特性和磁特性。

具有快充性能的新型电极材料

北京大学材料科学与工程学院庞全全团队与国内外科学家合作，在快充熔融盐铝电池领域取得重要突破。相关成果发表于《自然》（Nature）。文章报道了一种高安全不可燃、超低材料成本、可实现快充的熔融盐铝电池。研究团队通过使用一种低熔点的无机氯化物熔融电解质，成功替代了当前的离子液体，实现铝电池的高倍率运行、低电压极化及高能量效率；同时熔融盐电解质的热稳定性高，不可燃，使得电池体系具有高安全性，解决了大规模集成系统安全性方面的疑虑。另外，这一电池体系使用元素丰富的硫作为正极，在较低的温度——110℃下运行，表现出了高比容量及超快充特性。