Journal of Materiomics第三卷第四期新鲜出炉
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由中国硅酸盐学会和Elsevier合作出版的英文期刊 Journal of Materiomics 已在ScienceDirect上发布了第三卷第四期。点击文末“阅读原文”可以自由获取该专辑所有论文。
Journal of Materiomics将引领材料学科发展前沿，注重报道以材料设计、制备、表征及应用技术为主线的系统性前沿研究成果，特别关注以下几个材料研究方向：
1）功能材料 (铁电、介电、多铁性、磁性材料、半导体材料、光电子材料、电子材料等)；
2）先进能源材料 (太阳能电池、燃料电池、二次电池、储能材料、热电转换、能源储存及转换等)；
3）先进陶瓷及其复合材料等先进结构材料；
4）纳米及低维材料，包括多尺度的材料模拟与计算材料学等。
Journal of Materiomics 第三卷第四期目录：
大面积钙钛矿薄膜和太阳能组件研究进展
有机卤化物钙钛矿材料因其独特的理化性质，作为下一代太阳能电池的光伏半导体具有光明的前景。在过去几年中，钙钛矿太阳能电池 (perovskite solar cells, PSCs) 在效率提高方面取得了巨大的进步。截至目前，PSC最高效率达到22.1％。然而，该效率只能在面积小于0.1 cm2的器件上实现。随着器件面积增加到微型组件尺度，效率出现了大幅下降。其原因主要在于大面积钙钛矿薄膜质量控制不足，太阳能电池组件设计优化不充分。在目前的PSCs研发阶段，研究者迫切需要克服这两个障碍，钙钛矿太阳能电池这种新技术才能实现更大规模的产业化。本文中，我们概述了最近发展出的制备大面积钙钛矿薄膜和钙钛矿太阳能组件 (perovskite solar modules，PSMs) 的方法。最后，我们还讨论了PSM的成本分析和未来应用方向。
全钙钛矿多铁隧道结综述
多铁隧道结是以铁电材料为势垒层，在其两面夹以铁磁电极的结构。这一概念虽然在十年前才提出，但是因其在多级存储器和电场调控自旋电子学中的应用潜力，吸引了研究者的关注。本文综述了全钙钛矿多铁隧道结的研究进展。从隧穿磁阻，隧穿电阻和隧穿电磁阻效应的关键功能特性出发，探讨了隧穿电阻效应的主要起因，在单个器件中实现多级阻态的最新进展，自旋极化的电场调控和通过隧道势垒铁电极化反转的输运特性。
氧化锌光学微腔的紫外激光行为
氧化锌光学微谐振腔调制的紫外激光器引起了广泛的研究兴趣。氧化锌具有宽带隙（3.37eV），高激子束缚能(∼60meV)，是发展高质量微谐振腔和高效紫外-可见光电子器件的重要材料之一。本文综述了ZnO光学谐振腔微激光器的最新进展，主要包括Fabry-Perot模激光器和回音壁模激光器。详细讨论了不同形貌的ZnO光学微谐振腔的合成和光学研究。最后，我们认为今后的研究重点将包括新的纳米技术和物理效应，如微纳制造，表面等离子体增强和量子点耦合等，这可能会带来新的有趣的物理现象。
具有高剩余极化强度的碱金属铌酸盐陶瓷中纳米晶的有序团簇
通过放电等离子烧结（SPS）的方式制备的无铅碱金属铌酸盐Na0.5K0.5NbO3（NKN）陶瓷的铁电剩余极化强度得到了显著的提升。在制备得到的陶瓷中，我们观察到了三种不同类型的晶界：不同取向的晶粒之间的晶界、在单个晶粒中分割铁电畴的畴界以及揭示单个晶粒中纳米尺度的马赛克结构的纳米亚晶界。部分亚晶界来自于初始的粉末颗粒，其余的亚晶界则来源于快速SPS烧结过程中纳米晶的有序团簇。值得强调的是在块体陶瓷烧结过程中，这种纳米晶的有序化从开始到完成仅需数分钟的时间。这些亚晶粒的特征在高温长时间烧结时则会逐渐消失。快速放电等离子烧结让我们获得了这种过渡态的微观结构。纳米尺度亚晶界的存在促进了铁电畴形成和翻转的动力学过程，使得NKN中的铁电剩余极化强度得到了显著的提升。
通过纳米尺寸的InSb实现晶界工程以获得高性能InxCeyCo4Sb12+z方钴矿基热电材料
基于方钴矿基的热电半导体具有高转化效率、储量相对丰富以及组成元素无铅等优势，从而最有希望实现工业、汽车废热的回收利用。然而，在热电材料能够实现经济效益，获得广泛应用之前，其转化效率还需得到进一步的提升。在此研究中，通过全方位的合成方法制备了具有多种散射机制、高热电性能的n型InxCeyCo4Sb12+z方钴矿。本实验采用熔融纺丝结合放电等离子烧结（MS-SPS）的方法制备了在晶界处具有纳米InSb析出相的InxCeyCo4Sb12+z块体合金。方钴矿基体具有100-200纳米尺寸的晶粒，同时5-15纳米大小的InSb纳米相均匀地分布在方钴矿基体的晶界处。结合Sb亚点阵中存在的缺陷，这种多尺度的纳米结构能够非常有效地散射声子，因此，InxCeyCo4Sb12/InSb纳米复合材料具有极低的热导率，在800K时具有超过1.5的高zT值。
主成分分析法增强电荷梯度显微镜对铁电畴的成像效果
使用包括压电力显微镜 (PFM)，开尔文探针力显微镜 (KPFM) 等不同模式的纳米尺度扫描探针可以对铁电体中的局部畴结构进行广泛的研究。但这些方法是准静态的测量方式，并不能直接测量极化值，也不能捕捉畴和屏蔽电荷形核的快速动力学过程。在本研究中，我们使用电荷梯度显微镜（CGM）根据快速扫描过程中测得的电流对铌酸锂的铁电畴进行成像，并应用主成分分析（PCA）来改善高噪声原始数据的信噪比。我们发现CGM信号随扫描速度呈线性增加，而随着温度的下降呈指数式下降，这与之前提出的畴内表面电荷刮擦和重新填充成像机制以及跨畴壁的极化变化一致。接下来，基于CGM成像，我们估计了自发极化和表面电荷的密度，与文献数据处于同一数量级。研究表明，PCA是扫描探针显微镜（SPM）成像分析中的一种有力工具，通过PCA方法可以对高噪声原始数据进行定量分析。
在高温高压条件下制备的TiO2-x的高热电性能
我们采用了高温高压（HPHT）反应烧结的制备方法，并通过调节粗粒径的Ti颗粒和纳米TiO2的比例，制备得到了具有多尺度结构的TiO2-x。HPHT的制备方法也实现了常见的晶格缺陷调控工程。TiO1.76 的热导率极低（1.60 W m−1 K−1），热电性能得到了显著的提高。相应地，制备得到的样品实现了高的无量纲热电优值（zT），在700摄氏度时达到0.33。据我们所知，这个数值与报道过的非化学计量比二氧化钛的最高性能相比提高了43%，这个结果对于氧化物热电材料来说也非常可观。适中的功率因子，显著降低的热导率以及电性能与热传导之间显著的协同作用带来了优异的热电性能。在本研究中，我们开创了一种简便的制备多尺度TiO2-x的方法，同时展示了它在优化热电性能方面的巨大潜力。
通过脉冲激光掠射角沉积生长的SnSe薄膜热电性能的提高
SnSe单晶已经被证明具有优越的热电性能。在本研究中，我们展示了脉冲激光掠射角沉积生长可以有效地控制纳米晶SnSe薄膜生长时的晶粒尺寸。结构分析表明通过正常角度沉积的SnSe薄膜具有沿着a轴的择优取向，而相比之下，以80°掠射角沉积的SnSe薄膜形成了纳米柱结构，其生长方向朝向入射原子流。由于吸附原子的阴影效应，掠射角沉积能够有效地降低薄膜的晶粒尺寸，使功率因子得到超过100%的显著提升。最大的塞贝克系数及功率因子分别为498.5μV/K和18.5μWcm−1K−2。薄膜中晶粒尺寸降低，晶界增多，晶界处的势垒散射使热电性能得到提高。考虑到由于功率因子的提高，且纳米柱结构的热导率应该比平整的薄膜更低，所以采用脉冲激光掠射角沉积生长的SnSe薄膜的zT值与相应的单晶薄膜相比会有显著的提升，使其成为薄膜基热电器件的理想候选材料。
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