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中国科学：材料科学（英文）
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中国科学：材料科学（英文）/EISCI
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    基于CsPbBr3-MXene纳米结构的高线性度突触光电晶体管用于图像分类和边缘检测

    代岩陈耿旭黄伟龙许晨晖...
    2246-2255页
    查看更多>>摘要：人工光突触为克服数据存储和处理中的冯诺依曼瓶颈,提供了一种有效的解决方案.人工光突触通过消除带宽连接密度的权衡和低功耗,展现了其相较于电突触的优势.钙钛矿量子点由于其易于合成和良好的光电性能,在人工光突触中引起了广泛的关注.然而,有限的载流子迁移率和非线性性能阻碍了它在神经形态中的应用.本研究提出了一种吸附CsPbBr3的MXene纳米结构(CsPbBr3-MXene),即在MXene纳米片上原位生长CsPbBr3量子点,并将其作为光电突触晶体管的吸光层,CsPbBr3和MXene形成的异质结构增强了光电流的产生.在相同的光脉冲刺激下,与仅含CsPbBr3的突触晶体管相比,CsPbBr3-MXene突触晶体管的兴奋性突触后电流(EPSC)提高了24.6％.经过计算和比较,其线性度有了明显的改善(从4.586到1.099);此外,其对手写数字分类的识别准确率也显著提高(从86.13％到92.05％);边缘检测的F1分数也有所提高(从0.8165到0.9065),更加接近于1.这些提升表明这项工作将有助于神经计算领域的进一步发展.

    in-situ growthCsPbBr3-attached MXenesynaptic phototransistorpattern recognition accuracyimage preproces-sing

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    刚柔并济的仿生凝胶聚合物电解质助力稳定的锂电池

    周天易徐若晨曹曦张江涛...
    2256-2265页
    查看更多>>摘要：凝胶聚合物电解质(GPE)因其优良的热稳定性和卓越的电化学性能而具备增强锂离子电池性能的潜力,从而受到越来越多的认可.尽管其具有上述优点,但传统GPE的实际应用通常因其溶胀性和有限的机械强度而受到阻碍.为了解决这些问题,本项研究工作提出了一种通过简单方法构建的刚柔并济的仿生GPE,由聚环氧乙烷(PEO)和聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)组成并通过Kevlar纤维织物进行增强.所得的PEO/PVDF-HFP/Kevlar(PPK)GPE表现出2.815 mS cm-1 的优异离子电导率和0.571的锂离子迁移数,以及32.59 MPa的超高机械强度.这些特性有助于防止锂枝晶生长并增强LiFePO4电池的电化学性能,从而实现稳定的循环性能.PPK GPE可以为高性能锂离子电池的各种实际应用提供理论基础.

    gel polymer electrolytepolyethylene oxide(PEO)poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)(PVDF-HFP)Kevlar fibercartilage structure

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    水系锌电池中自组装电极-电解质界面相实现高可逆的锌金属负极

    沈琪彬陈泰强李馨夏水鑫...
    2266-2276页
    查看更多>>摘要：由于缺乏先进的固体电解质界面相,水系锌电池的循环寿命受到锌金属负极副反应和枝晶等问题的严重制约.本文介绍了一种由两性分子(APMs)电解液添加剂构建而成的自组装电极-电解质界面相(AEEI).作为一个示范,这里选取聚乙烯吡咯烷酮(PVP)用做APMs,因为它的羰基氧原子与芳香性的吡咯环共轭,从而具有较强的电子给体性质.X射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱分析表明,AEEI的形成和稳定是由APMs的羰基氧原子同时与锌金属和锌离子相互作用推动的.所形成的AEEI主要由富含锌离子的APMs致密层状胶束构成.在电解质中保持APMs的含量在临界聚集浓度(～0.1％)以上,可以保证AEEI的固有稳定性,避免裂纹形成或脱落等问题.得益于其抑制水分解副反应和不利的二维锌扩散的能力,在AEEI的作用下实现了无枝晶的锌沉积.在1 M Zn(OTf)2添加1％PVP的电解液中,形成的AEEI保证了锌对称电池具有超过2000小时的长循环寿命,Zn||Ti电池500个循环后库仑效率高于99.2％,以及V2O5||Zn全电池500个循环后容量的高保持率(达76％).

    aqueous zinc batterieszinc metal anodeelectrode-electrolyte interphaseself-assembly

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    基于CsPbBr3纳米片的低阈值上转换等离子体激光器

    张全龙翟继新刘晨曦钟倩倩...
    2277-2284页
    查看更多>>摘要：上转换激光器为新一代高度集成的非线性光电应用提供了一个强大的平台,解决了现代光子集成电路不断发展对小型化、低损耗和高质量非线性光源的诉求.然而,对于具有反斯托克斯过程的上转换激光器,减小尺寸和阈值是其不可避免的巨大挑战.本文报道了一种基于CsPbBr3纳米片的室温上转换等离子体纳米激光器,该激光器在较宽的尺寸范围内表现出显著的阈值降低,同时依旧保持着较高的品质因子.更激动人心的是,本文成功制造了厚度低至70 nm的小型化上转换等离子体激光器,突破光学衍射极限到深亚波长范围.同时,本文利用仿真模拟描述了双光子激发光场的分布情况,揭示了等离子体辅助激光发射并降低阈值的过程.此外,SiO2绝缘层厚度依赖实验证明了双光子激发光约束强度和珀塞尔效应的可调谐特性,这为实现等离子体器件性能的有效调控提供了有效方案.本文展示了高效和低阈值的上转换等离子体纳米激光器,为片上非线性光源的发展奠定了夯实的基础.

    upconversionplasmonicnanolasersperovskitesPurcell effect

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    具有超强二阶非线性响应及优良防潮性能的一种中性分子型DMPO有机新材料

    安然许向东李丙轩韩俊...
    2285-2292页
    查看更多>>摘要：具有强光学非线性和高稳定性的非线性光学(NLO)有机材料因其潜在的广泛应用而备受关注.本研究中,我们设计并系统地研究了具有超强二阶非线性光学响应的一种新型NLO查尔酮衍生物—1-(4-甲氧基苯基)-3-(4-乙氧基苯基)-2-丙烯基-1-酮(DMPO).合成得到的这种新设计的DMPO仅在5天内即可快速生长出尺寸为10 × 5 × 4mm3的DMPO单晶.这些DMPO晶体由中性有机分子组成,它们在较宽的波段600-1800 nm范围具有高透明性,还拥有适度的光学带隙(2.51 eV),并展现出卓越的抗潮解性能.重要的是,DMPO实测的二次谐波产生(SHG)响应高达基准材料4-(4-二甲氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲苯磺酸盐(DAST)的1.86倍,证实了DMPO具有优良的宏观二阶光学非线性性质.因此,DMPO是集多种优点于一身的一种有机NLO新材料,可广泛应用于NLO领域.

    organic nonlinear materialDMPOsimulationsmeasurementsSHG

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    基于磁控溅射法制备的大面积高质量硒化铂薄膜及其在红外探测中的应用

    夏丰田王东博曹伽牧曾值...
    2293-2301页
    查看更多>>摘要：PtSe2因其可调的带隙、高载流子迁移率和较高的光吸收率在红外探测领域受到广泛的研究和关注.然而,传统的制备方法存在生长条件复杂、生长时间长、铂源和硒源的选择性较低、晶体质量不高、成本昂贵以及大规模制造困难等缺点,限制了其实际应用.在此,我们采用了一种便捷、低成本的磁控共溅射法来制备大面积、高质量的PtSe2薄膜.在不同温度下生长的薄膜的表面形貌和微观结构表征结果表明,我们制备的PtSe2薄膜具有良好的结晶性、可控性、均匀性、较窄带隙和优异的红外波段吸收特性,同时我们还研究了最合适的衬底和生长温度.基于PtSe2的光电探测器展示出良好的红外探测能力和较快的响应速度.尤其值得注意的是,相比于传统制备方法,本研究提出的制备方法的制备时间非常短,为PtSe2大规模应用于下一代红外探测,并与现有的硅技术兼容提供了有益的指导.

    infrared detection materialtwo-dimensional mate-rialtransition metal dichalcogenidestopological semi-metal

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    在水相中通过手性配体直接合成手性魔幻尺寸团簇

    阮巧慧崔艳羽林倬汉张雪...
    2302-2310页
    查看更多>>摘要：尺寸小于2 nm的手性胶体半导体魔尺寸团簇(MSCs)为手性配体提供了丰富的表面结合位点,因此在手性半导体纳米材料应用方面具有巨大潜力.然而,手性MSCs的制备和光学表征却鲜有报道.本研究以手性半胱氨酸为配体,首次在室温水溶液中合成了单组合形式的手性MSCs,其中CdS MSCs在366 nm波长处有独特的尖锐吸收峰,CdSe MSCs在420 nm波长处有独特的尖锐吸收峰.通过改变手性配体的添加量,可以很容易地调节所制备的手性MSCs的光学活性.制备的手性CdS MSCs和CdSe MSCs的最大吸收不对称系数分别达到3.6×10-4和5.6×10-4.实验结果表明,制备的MSCs的手性光学特性可能来源于配体诱导MSCs表面的原子重排.本研究不仅提供了制备手性MSCs的方法,而且为手性MSCs的研究和应用开辟了道路.

    magic-sized clusterschiralitycircular dichroism

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    具有快上转化速率的窄光谱蓝光多重共振发光材料

    田杨苏蓉川刘俊杰雷搏文...
    2311-2318页
    查看更多>>摘要：如何提高蓝光多重共振发光材料的反隙间窜跃速率(kRISC),并维持较快的辐射跃迁速率(kR)是促进其进一步发展和应用的关键.本论文报道了一种简单且高效的"空间限制的受体-供体-受体(SCADA)"策略,旨在加速蓝色多重共振发光分子的上转化过程.在多重共振中心骨架的最高占据轨道(HOMO)分布位点引入两个氰基苯受体,并在最低位占据轨道(LUMO)引入一个叔丁基咔唑给体,使发射波长蓝移的同时,减小发射的半峰宽(FWHM).此外,供体单元和受体单元呈现近距离的面对面取向,产生分子内给受体相互作用,进而增强自旋轨道耦合,加速反隙间窜跃过程,基于"SCADA"策略,本文成功开发出蓝光多重共振发光分子2DCNCz-BN,其FWHM仅为19 nm,并同时具有较快的kRISC(1.8 × 106s-1)和kR(2.0 × 108 s-1).以2DCNCz-BN为发光分子的OLED器件,最大外量子效率(EQEmax)为30.2％,并展现出较低的效率滚降,在1000 cdm-2的亮度下,EQE可以维持22.3％.

    multiple resonance emitterboron-nitrogen em-bedded frameworkfast radiative decay ratefast reverse inter-system crossing ratenarrowband blue emission

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    高灵敏度和高线性度的可拉伸应变传感器的分层结构设计

    武春锦彭义豪王少龙邱炳人...
    2319-2328页
    查看更多>>摘要：对柔性电子设备日益增长的需求使得开发具有高灵敏度和高线性度的传感器更加迫切.由于拉伸应变下不可逆结构损伤诱导电阻线性急剧增加,现有的可拉伸应变传感器难以完美地同时实现这两个特性.针对这一问题,本文提出了一种兼具表面褶皱和体相梯度孔隙的新型分级互连结构,利用水热活化机制精确控制纳米级褶皱间距,通过调控相分离中热力学和动力学行为构筑出体相梯度多孔结构,通过改变器件两侧曲率实现各向异性特征,深入研究各种设计的功效、量化几何结构对灵敏度的有效贡献和追踪形态演变.基于器件显著的灵敏度和各向异性,所制备的传感器能够有效监测静态和动态位移、表面运动、二维应变信号变化以及预测液位随时间变化.本工作为实现高质量的感知能力提供了一种广泛适用、适应性强、可扩展且具有成本效益的方法.

    stretchable electronicsstretchable strain sensorssurface wrinklessensitivitylinearity

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    高功率密度外延的单晶金刚石制备高性能辐射探测器

    丁森川张金风苏凯任泽阳...
    2329-2334页
    查看更多>>摘要：辐射探测器是用来研究超宽禁带半导体金刚石中载流子动力学的重要表征工具.本文采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法在高温高压(HTHP)金刚石衬底上制备了高质量的单晶金刚石.我们通过压缩等离子体球来提高微波功率密度,优化了等离子体中的碳氢(C/H)比,并显著降低了金刚石外延层中的杂质和位错含量.(004)面X射线衍射摇摆曲线的半高宽(FWHM)仅为15弧秒,在室温下的光致发光光谱中没有检测到杂质发光带.使用制备的200 μm厚的外延金刚石膜制成的辐射探测器可对α.粒子响应,其电子的电荷收集效率为97.03％,能量分辨率为2.1％,空穴的电荷收集效率和能量分辨率为97.86％和1.5％.此外,电子和空穴的迁移率和寿命的乘积分别达到8 × 10-5和4.1 × 10-4cm2V-1.此方法有望满足商用金刚石辐射探测器对性能和成本控制的严苛要求.

    single-crystal diamondradiation detectorshigh-power-density epitaxycharge collection efficiency

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