青科会-前沿信息技术材料专刊 | InfoMat2024年第十期文章赏析

1.Aqueous decoupling batteries: Exploring the role of functional ion-exchange membrane

Shuyue Li, Lujing Wang, Xiaoman Li*, Heng Jiang*, Fei Du*

吉林大学物理学院新型电池物理与技术教育部重点实验室杜菲（Fei Du）教授团队从解耦电池的“守门神”--离子选择性膜（ISM）出发，全面概述了水系电池解耦方面的最新进展，重点介绍了不同类型ISM在不同氧化还原电对中的应用。此外，对于商业离子交换膜选择性不足的问题，我们也总结了多种自主制备的ISM及其电化学性能。最后，通过总结当前ISM面临的挑战，从生产成本、选择渗透性与电导率之间的平衡、离子交换多样化等三个方面，展望了未来水系解耦电池发展的潜在途径。

2.Two-dimensional SnP₂Se₆ with gate-tunable Seebeck coefficient for telecommunication band photothermoelectric detection

Bing-Xuan Zhu, Cheng-Yi Zhu, Jing-Kai Qin*, Wen He, Lin-Qing Yue, Pei-Yu Huang, Dong Li, Ruo-Yao Sun, Sheng Ye, Yu Du, Jie-He Sui, Ming-Yu Li, Jun Mao, Liang Zhen, Cheng-Yan Xu*

哈尔滨工业大学（深圳）集成电路学院秦敬凯副教授和材料科学与工程学院徐成彦(Cheng-Yan Xu)教授系统研究了SnP₂Se₆的热电特性，并构建了一种用于通信波段光探测的高性能双栅PTE探测器，在通信波段1550 nm波长下具有1.2 mA·W^-1的响应度和6×10⁹ Jones的探测率。此外，该器件响应波段可以扩展到了4 μm和9 μm的中红外波长，突显了其在长波长光通信领域的应用潜力，为未来通信波段光探测提供了新的材料选择和器件构建思路。

3.Mixed low-dimensional metal halide perovskite single crystal for low-detection-limit x-ray detection via oriented ion migration

Xuefang Lu, Richeng Lin*, Ying Ding, Man Xia, Wei Zheng*, Feng Huang*

中国科学院赣江创新研究院黄丰（Feng Huang）研究员、林日成（Richeng Lin）副研究员联合中山大学郑伟（Wei Zheng）副教授提出了一种毫米级的混合低维有机碘化铅单晶。基于该单晶的器件具有高灵敏度的光响应和 X 射线探测性能。通过在空间上隔离有机分子以形成混合1D-0D 晶体结构，有效抑制离子迁移，单晶器件的暗电流 （56.4 pA @200 V） 显著降低三个数量级。此外，通过增强背景特性，实现了 154.5 nGys⁻¹的低X射线检出限在单晶器件中。混合维度有机碘化铅构型有效地控制了晶体结构内的离子迁移，为实现基于钙钛矿的高性能光电探测器和X射线探测器提供了新的途径。

4.Unusual bendable soft molecule-based ferroelectric crystals enabling the flexible photo-pyroelectric detection

Liwei Tang, Xinxu Zhu, Yu Ma, Haojie Xu, Shiguo Han, Yi Liu, Yaoyao Chen, Daohua Wang, Junhua Luo, Zhihua Sun*

中国科学院福建物构所孙志华（Zhihua Sun）研究员团队报道了一种多轴软分子基铁电体(n-PA)₂PbCl₄(1，其中n-PA+是n-戊基铵)，其自发极化可以在晶体和粉末形式下可逆切换。引人注目的是，1的单晶具有不同寻常的结构柔韧性和可弯曲性，实现了弯曲半径约0.22 mm的自立弯曲。此外，经过多次弯曲循环后，这些单晶还保留了热释电活性。此外，1的可弯曲晶体光电探测器通过光热电效应实现了宽带光活性，覆盖了405 ~ 940 nm的宽光谱区域，突破了光吸收带隙的限制。作为铁电晶体中可弯曲的独立光热释电探测器的首次研究，我们的工作为柔性智能光电器件的组装提供了新的思路。

5.Tailoring lithium intercalation pathway in 2D van der Waals heterostructure for high-speed edge-contacted floating-gate transistor and artificial synapses

Jun Yu, Jiawei Fu, Hongcheng Ruan, Han Wang, Yimeng Yu, Jinpeng Wang, Yuhui He, Jinsong Wu, Fuwei Zhuge*, Ying Ma*, Tianyou Zhai*

华中科技大学材料科学与工程学院的翟天佑（Tianyou Zhai）教授团队开发了一种由表面渗透驱动的Li嵌入诱导相变方法，在二维MoS₂的表面引入表面等离子体处理，促进锂离子从表面向底层的扩散和相变，改善相变接触界面质量，使制备的边缘接触型场效应晶体管的亚阈值摆幅（SS）从~600 mV dec^–1降至~100 mV dec^–1。将该方法应用于范德华异质结型二维浮栅型晶体管存储器的制备，实现了可在10 ns的脉宽内超快编程、可记忆多比特状态的存储器件原型。

6.Autonomous self-healing 3D micro-suction adhesives for multi-layered amphibious soft skin electronics

Dohyun Lim, Min Woo Jeong, Hyeongho Min, Yeon Soo Lee, Gui Won Hwang, Seung Hwan Jeon, Kyu Ho Jung, Ngoc Thanh Phuong Vo, Min-Seok Kim*, Da Wan Kim, Jin Young Oh*, Changhyun Pang*

成均馆大学Changhyun Pang教授团队受章鱼触角结构启发，提出了一种自主自愈的多层胶粘剂贴片，在干燥和水环境下都具有自愈和强大的粘附性能。为了实现自主自愈的章鱼式架构，基于结构和材料设计的动态聚合物回流模型为自愈弹性体的三维图案化提出了标准。此外，具有不同模量的自修复多层微结构赋予了高效的自修复能力、人类友好的可逆生物粘附和稳定的机械变形能力。通过微水平混合多尺度架构的程序化分子行为，仿生胶粘剂贴片在干燥和水下条件下都表现出对粗糙皮肤表面的强大粘附力，同时在损伤后能够自主恢复粘附力（在30°C下两种条件下24小时内愈合效率超过 95%）。最后，通过将薄金电极层压在章鱼状结构上，开发了一种自修复的可贴肤胶电子设备，具有重复附着和最小的皮肤刺激。基于牢固的粘附力和与皮肤的亲密接触，我们成功地在干燥、潮湿和受损条件下的动态运动期间获得了可靠的测量结果。

7.A dual-range Janus-structure pressure sensor with broad detection range and high resolution combining triboelectricity and piezoelectricity

Shilong Zhao, Chaojie Chen, Zhiyuan Wang, Caofeng Pan*, Cheng Yang*

清华大学深圳国际研究生院杨诚（Cheng Yang）副教授和中国科学院北京纳米能源与系统研究所潘曹峰（Caofeng Pan）研究员提出了一种采用Janus薄膜布局的双功能适形压力传感器，只需一对电极即可同时实现压电和摩擦电信号检测功能，展示了最紧凑的器件配置。极薄的封装器件（~80 μm）表现出宽范围检测能力、高信号分辨率和快速响应时间，表现出对应于压电和摩擦电的独特信号中继特性。尽管纤薄且结构简单，具有高信号分辨率（分别为0.93 V·kPa⁻¹，在 0.1–140 kPa范围和0.05 V·kPa⁻¹，在 140–380 kPa 范围）。此外，该器件制造可以与kirigami方法相结合，改善对接缝表面的拟合。这项工作引入了一种设计高级压力传感机制的创新范式，通过其简单、纤薄的布局、柔和的自供电特性，使单个设备能够满足不同的应用场景。

8.X-ray-ultraviolet–visible-near-infrared photoresponses realized in a lead-free hybrid perovskite ferroelectric through light-induced ferro-pyro-phototronic effect

Dongying Fu*, Yanli Ma, Shufang Wu, Lin Pan, Qi Wang, Ruifang Zhao, Xian-Ming Zhang*, Junhua Luo*

中国科学院福建物质结构研究所罗军华（Junhua Luo）研究员联合山西大学张献明（Xian-ming Zhang）教授提出了一种无铅的HP铁电(HAD)BiI5（HDA是己烷-1,6-二铵），具有较大的自发极化和增强光电流。通过铁-热释-光电子学（FPP）效应实现了X射线-紫外-可见-近红外光响应。基于无铅HP铁电体研究多种物理效应的耦合并提高器件性能具有重要意义。

9.Laser-processed lithium niobate wafer for pyroelectric sensor

Di Xin, Jing Han*, Wei Song, Wenbin Han, Meng Wang, Zhimeng Li, Yunwu Zhang, Yang Li, Hong Liu, Xiaoyan Liu*, Dehui Sun*, Weijia Zhou*

济南大学周伟家(Weijia Zhou)教授团队创新性地利用聚焦脉冲激光对铌酸锂晶片进行了表面处理，通过诱导铌酸锂表面等离子体而使晶格氧离子逸出，制备了氧空位结构。该结构通过提升表面电荷传输能力而增强了热释电电荷收集，进而增强了铌酸锂晶片的热释电电压，为改进热释电材料性能提供了新思路。

10.Promoting uniform lithium deposition with Janus gel polymer electrolytes enabling stable lithium metal batteries

Lin Wang, Shugang Xu, Zihui Song, Wanyuan Jiang, Shouhai Zhang, Xigao Jian*, Fangyuan Hu*

大连理工大学蹇锡高（Xigao Jian)院士与胡方圆(Fangyuan Hu)教授提出了一种阴离子吸附策略，将MOFs原位生长在具有本征阻燃特性的耐高温聚合物（PPBES）三维多孔纳米纤维侧，制备出非对称型Janus膜。该膜利用MOFs的阴离子吸附能力，促进了锂离子的均匀沉积。此外，研究团队还将聚乙二醇二丙烯酸酯和三氟甲基丙烯酸甲酯引入纳米纤维骨架，原位形成非对称型凝胶聚合物电解质（Janus@GPE）。该电解质与锂金属优先反应，形成富含Li-F的稳定SEI层，有效抑制了锂枝晶的生长。值得注意的是，MOFs层的吸附作用与稳定SEI层的协同效应显著提升了电池的循环性能，该固态电池在1 mA cm^-2下，实现了长达2500小时的循环寿命。该工作为提高LMBs的安全性和实用性，提供了可资借鉴的新思路。