韓英聯(lián)合開發(fā)超低介電新星——非晶氮化硼

2020年7月，韓國(guó)蔚山科學(xué)技術(shù)院Hyeon Suk Shin聯(lián)合三星綜合技術(shù)院Hyeon-Jin Shin和英國(guó)劍橋大學(xué)Manish Chhowalla教授報(bào)道了一種3nm厚的無定型氮化硼薄膜，在100kHz和1MHz的工作頻率下分別展示了1.78和1.16的超低介電性質(zhì)。并且該薄膜展現(xiàn)了強(qiáng)的機(jī)械、高壓穩(wěn)定性。該項(xiàng)研究成果以題為“Ultralow-dielectric-constant amorphous boron nitride”發(fā)表在國(guó)際頂刊《Nature》上。現(xiàn)代高性能應(yīng)用于多功能電子設(shè)備邏輯、記憶器件都趨向于使用更小的晶體管尺寸和在更小的面積里堆疊更多的電路。然而，金屬連接器維度的降低和堆疊密度的增加會(huì)導(dǎo)致電阻和電容延遲的增加，這將影響電子器件的運(yùn)行速度。本項(xiàng)工作中，研究者成功制備了一種3nm厚的無定型氮化硼薄膜，在100kHz和1MHz的工作頻率下分別展示了1.78和1.16的超低介電性質(zhì)，極度接近于空氣和真空的介電值1，并且表現(xiàn)出了優(yōu)異機(jī)械、高壓穩(wěn)定性。該工作成功證明了無定型氮化硼的低介電特點(diǎn)，并且用于高性能電子設(shè)備。

a-BN的原子結(jié)構(gòu)

a-BN的化學(xué)結(jié)構(gòu)

再見傳統(tǒng)耗時(shí)的陶瓷燒結(jié)工藝，10秒快速燒造陶瓷的技術(shù)來了！

馬里蘭大學(xué)材料科學(xué)與工程系胡良兵，莫一非、弗吉尼亞理工大學(xué)鄭小雨和加州大學(xué)圣迭戈分校駱建合作將具有26000年歷史的陶瓷制造工藝重新改造成一種創(chuàng)新的陶瓷材料制造方法，這種陶瓷材料在固態(tài)電池、燃料電池、3d打印技術(shù)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。在制造電池固態(tài)電解質(zhì)過程中，采用傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝耗時(shí)漫長(zhǎng)，需要給爐子加熱數(shù)小時(shí)，之后燒制數(shù)小時(shí)，才能完成陶瓷材料的“烘烤”。盡管開發(fā)出了微波輔助燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)、快速燒結(jié)等代替工藝，由于材料特殊或者價(jià)格昂貴而受限。聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出超高速高溫?zé)Y(jié)新方法具有加熱速度快、冷卻速度快、溫度分布均勻、燒結(jié)溫度高達(dá)3000攝氏度等優(yōu)點(diǎn)。綜合起來，這些工藝所需的總處理時(shí)間不到10秒，比傳統(tǒng)的燒結(jié)爐方法快1000倍以上。

減少粉末床金屬3D打印中“飛濺”引起的質(zhì)量缺陷

2020年5月，美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）等科研機(jī)構(gòu)的研究人員開展了一項(xiàng)研究，通過高保真度的仿真技術(shù)與同步加速器實(shí)驗(yàn)捕獲中納秒級(jí)的快速多瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)，在此過程中，他們發(fā)現(xiàn)了新的由“飛濺”（即從激光路徑中噴出的顆粒或粉末顆粒簇，這些顆粒或顆粒簇會(huì)落回到零件上，從而可能導(dǎo)致孔形成和缺陷）引起的3D打印質(zhì)量缺陷的形成機(jī)制，并發(fā)現(xiàn)這一機(jī)制取決于掃描策略以及激光遮蔽和驅(qū)逐之間的關(guān)系，最終得出了穩(wěn)定熔池動(dòng)力學(xué)并使缺陷最小化的穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。這一仿真技術(shù)可以被用于任何激光掃描策略，找出需要在掃描軌道上使用的最佳功率。

儲(chǔ)氣能力新突破！具有超高孔隙率的新材料誕生：1克可以鋪滿1.3個(gè)足球場(chǎng)

美國(guó)西北大學(xué)（Northwestern University）的一個(gè)研究小組已經(jīng)設(shè)計(jì)并合成了具有超高孔隙率和表面積的新材料，用于存儲(chǔ)燃料電池動(dòng)力車輛常用的氫氣和甲烷氣體。這種材料是一種金屬-有機(jī)框架化合物（Metal-organic frameworks，MOFs），與傳統(tǒng)的吸附材料相比，可以在更安全的壓力和更低的成本下存儲(chǔ)更多的氫和甲烷。這種MOF超多孔材料展示了驚人的氣體存儲(chǔ)性能，開發(fā)可以在較低壓力下將氫氣和甲烷氣體存儲(chǔ)在車上的新型吸附劑材料，可以幫助科學(xué)家和工程師達(dá)到美國(guó)能源部的目標(biāo)，即開發(fā)下一代清潔能源汽車。

處理溫度降低數(shù)百度！一鍋法將廢塑料轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)品

2020年10月，加利福尼亞大學(xué)圣塔芭芭拉分校的Susannah Scott等人提出了一種在低溫下將廢棄的聚乙烯轉(zhuǎn)化為更高價(jià)值的長(zhǎng)鏈烷基芳烴的創(chuàng)新方法。長(zhǎng)鏈烷基芳烴是生產(chǎn)洗滌劑，潤(rùn)滑劑和制冷劑的重要成分，比聚乙烯塑料更有價(jià)值。目前，烷基化芳烴的生產(chǎn)主要是通過在500–600°C下對(duì)原油餾分石腦油進(jìn)行重整以生產(chǎn)稱為BTX（苯-甲苯-二甲苯）的混合物，然后在下一步使用強(qiáng)酸催化劑將其烷基化，從而進(jìn)一步分離和廢物處理方面的問題。該工作的創(chuàng)新思路產(chǎn)生了一種新的串聯(lián)催化方法，該方法不僅可以直接從廢聚乙烯塑料中制造出高價(jià)值的烷基芳族分子，而且還可以高效，低成本，低能耗地進(jìn)行。結(jié)果表明，該工藝路線能夠產(chǎn)生了平均碳原子數(shù)約為30的長(zhǎng)鏈烷基芳烴和烷基環(huán)烷酸酯，且產(chǎn)率約為80%。盡管催化收率比低分子量聚乙烯模型化合物的轉(zhuǎn)化率要低一些，但聚合物的密度和支化度對(duì)新開發(fā)的氫解-芳構(gòu)化串聯(lián)工藝影響不大。這表明，該工藝適用性廣，具有很高的市場(chǎng)價(jià)值。

將聚乙烯直接轉(zhuǎn)化成長(zhǎng)鏈烷基芳烴的氫解-芳構(gòu)化串聯(lián)催化路線

整體PE轉(zhuǎn)化為烷基芳烴和烷基環(huán)烷，以及通過脫氫環(huán)化提出的串聯(lián)聚乙烯氫解/芳構(gòu)化的機(jī)理

氣凝膠制備又出新工藝，這次它能用于微電子等先進(jìn)領(lǐng)域了

2020年8月，科學(xué)雜志《自然》上，一篇來自Empa研究人員的文章就展示了如何高精度地制造由二氧化硅氣凝膠和二氧化硅復(fù)合材料制成的3D打印零件。采用普通工藝制備的氣凝膠，一旦想進(jìn)行分割等步驟，很容易便會(huì)碎成渣渣，這就是為什么氣凝膠一般只用于大規(guī)模應(yīng)用（如環(huán)境技術(shù)、物理實(shí)驗(yàn)或工業(yè)催化）而很難用于小規(guī)模應(yīng)用的原因。而該研究中，通過3D打印出來的氣凝膠結(jié)構(gòu)可以薄到十分之一毫米且熱導(dǎo)率只有聚苯乙烯的一半，剛好低于16MW/(m·k)，明顯低于不移動(dòng)的空氣層的26MW/(m·k)。同時(shí)，這種打印出來的二氧化硅具有更好的機(jī)械性能，甚至可以在上面鉆孔和研磨。可以說，新型的制備工藝為二氧化硅氣凝膠的后期處理和應(yīng)用開辟了全新的可能性。

由氣凝膠制成的微型定制防護(hù)罩可以有效地屏蔽電子元件的熱量

三星或?qū)⒁l(fā)量子點(diǎn)顯示技術(shù)新革命

2020年10月，三星先進(jìn)技術(shù)研究院Eunjoo Jang團(tuán)隊(duì)繼2019年后再次在《Nature》發(fā)文，報(bào)道了一種量子產(chǎn)率為100%的無鎘藍(lán)光ZnTeSe / ZnSe / ZnS量子點(diǎn)的合成。所得的器件顯示出高達(dá)20.2％的EQE，亮度為88,900 cd m-2，在100 cd m-2時(shí)T50 = 15,850 h，這是迄今為止藍(lán)光QD-LED報(bào)道的最高值！該工作報(bào)道了一種量子產(chǎn)率約為100%的藍(lán)光量子點(diǎn)的合成方法。研究發(fā)現(xiàn)，氫氟酸和氯化鋅添加劑可通過消除ZnSe晶體結(jié)構(gòu)中的堆疊缺陷來有效提高發(fā)光效率。另外，通過液體或固體配體交換的氯化物鈍化導(dǎo)致緩慢的輻射復(fù)合，高的熱穩(wěn)定性和有效的電荷傳輸性質(zhì)。此外，具有梯度氯化物含量的雙量子點(diǎn)發(fā)射層的設(shè)計(jì)，可以促進(jìn)空穴傳輸，從而使得器件在理論極限下顯示出效率，高亮度和長(zhǎng)使用壽命。該工作報(bào)道的高效，穩(wěn)定的藍(lán)色QD-LEDs為開發(fā)基于量子點(diǎn)的電致發(fā)光全色顯示器開辟了重要的途徑。

ZnTeSe/ZnSe/ZnS （C/S/S）QDs藍(lán)光量子點(diǎn)的表征

使用壽命延長(zhǎng)20倍的稀土-鉑合金催化劑問世

2020年11 月，韓國(guó)研究團(tuán)隊(duì)使用介孔沸石成功制備稀土-鉑合金納米顆粒。該顆粒作為丙烯脫氫工藝催化劑使用。稀土La和Y的加入大幅度改善了鉑在分子篩中的分散性，同目前廣泛使用的多孔氧化鋁負(fù)載Pt-Sn雙金屬催化劑相比，催化活性提高10倍以上，使用壽命延長(zhǎng)20倍以上。此前大量研究認(rèn)為，稀土氧化物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不能通過加熱氫化反應(yīng)與鉑形成合金。本次研究中使用了孔徑低于0.55納米且具有均勻和連續(xù)空間結(jié)構(gòu)的介孔沸石作為制備催化劑的載體。由于介孔沸石表面硅原子的缺失，表面上存在被稱為硅羥基的骨架缺陷。稀土氧化物在其中可以以原子金屬化合物形式存在，在氫熱處理過程中能夠與鉑形成具有特定結(jié)構(gòu)的合金。

手機(jī)“燒屏”有救了？《Nature》：反其道而行之，大幅度提升OLED壽命！

2020年9月，美國(guó)環(huán)宇顯示技術(shù)股份有限公司（Universal display corporation）的研究人員Nicholas J. Thompson等人利用了等離子體系統(tǒng)的衰變率提升效應(yīng)，采用基于納米粒子外耦合的方案從等離子振蕩模中提取能量，制備了高效且穩(wěn)定的OLED器件。對(duì)比實(shí)驗(yàn)顯示，在相同的發(fā)光強(qiáng)度下，改進(jìn)后的器件的工作穩(wěn)定性提升了兩倍，理想情況下能達(dá)到4倍的提升。這種普適性的提高OLED器件穩(wěn)定性的方法對(duì)目前采用OLED技術(shù)的照明、電視、手機(jī)顯示屏都適用。這種一直被認(rèn)為是有害的方法為OLED的設(shè)計(jì)提供了新的思路，大大推動(dòng)了低成本照明、高亮度顯示以及藍(lán)光有機(jī)磷光發(fā)光設(shè)備的發(fā)展。

等離子器件結(jié)構(gòu)與納米立方體形貌

首個(gè)二維無定形碳的非晶碳膜研制成功 媲美石墨烯

2020年1月，由新加坡國(guó)立大學(xué)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)的，由日本筑波科學(xué)城的Suzuaga Kazu Suenaga小組的一項(xiàng)新研究首次詳細(xì)介紹了第一個(gè)無定形塊狀材料成功的實(shí)驗(yàn)生長(zhǎng)，原子分辨率成像以及研究二維無定形碳的性質(zhì)。塑料，玻璃和凝膠，也稱為無定形塊狀材料，是我們所有人的日常用品。但是對(duì)于研究人員而言，這些材料長(zhǎng)期以來一直是科學(xué)謎團(tuán)-特別是涉及原子構(gòu)成時(shí)，這種材料缺乏在大多數(shù)固體（如金屬，鉆石和鹽）中發(fā)現(xiàn)的嚴(yán)格的晶體有序結(jié)構(gòu)。研究團(tuán)隊(duì)的成功開發(fā)可重復(fù)的方法為研究其他無定形二維材料的生長(zhǎng)打開了大門。

原文標(biāo)題：全球年度10大新材料新技術(shù)盤點(diǎn)（附400大行業(yè)研報(bào)+10大領(lǐng)域企業(yè)名錄）

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