金属氮化物包合物

近期，中科院宁波材料技术与工程研究所“结构与功能一体化陶瓷”研发团队的刘丽红和黄庆，成功实现低温常压下制备高质量氮化物荧光粉，并在8月份通过材料荧光特性测试。 　　氮化物荧光粉是LED(发光二极管)不可或缺的重要材料体系。据黄庆介绍，该项新技术将微波功率转变为热能，实现整体加热。相较传统气压合成方法的高温(1700℃～2000℃)和高压(1～10个大气压)条件，微波合成法能在常压和1600℃以下实现相同的合成结果。低温合成使荧光粉光学性能大幅提高，工业节能可达80%以上。 　　另外，在相同反应温度下获得的荧光粉量子效率，微波法与传统气压法相比提高1.6倍。在荧光粉产率上，一般气压炉一天只能生产100克左右，而微波法可以达到几十公斤量级。新技术还可实现材料大区域零梯度均匀加热，且升温速度快、合成时间短，有利于获得粒径分布均匀的粉体。

近期中国科学院院士、北京大学/北京石墨烯研究院院长刘忠范、中科院半导体所研究员刘志强、北京大学物理学院研究员高鹏等合作，提出了一种纳米柱辅助的范德华外延方法，利用金属有机化学气相沉积（MOCVD），国际上首次在玻璃衬底上成功“异构外延”出连续平整的准单晶氮化镓（GaN）薄膜，并制备蓝光发光二极管（LED）。相关成果7月31日发表于《科学》子刊《科学进展》。半导体产业是科技自立自强的底层保障。在全球信息化、5G时代以及新冠肺炎疫情的影响下，以III族氮化物为代表的先进半导体迎来发展的高峰期。一直以来，我国氮化物核心材料、器件的原始创新能力较为薄弱，核心专利技术不足。同时，由于缺乏同质衬底，氮化物材料一直通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）在蓝宝石、硅、碳化硅等单晶衬底上进行异质外延。单晶衬底的尺寸、成本、晶格失配、热失配、导热导电性等限制了氮化物材料的发展。因此，摆脱传统衬底限制是氮化物材料制备的瓶颈问题，也是通过自主创新引领先进半导体产业发展的的关键。研究人员巧妙地利用石墨烯解决了该问题。他们在生长初期，利用石墨烯的晶格来引导氮化物的晶格排列，在非晶玻璃上也实现了高质量氮化物的外延。通常，玻璃上生长的氮化物上是完全杂乱无序的多晶结构。石墨烯的晶格引导作用使得玻璃上的氮化物的面外取向完全一致，面内取向也由通常的随机取向被限制成三种，从而得到了高质量的准单晶薄膜。他们进一步生长了蓝光LED结构，其内量子效率高达48.7%。此外，他们充分利用界面处弱的范德华作用力，将生长的外延结构机械剥离并制备了柔性的LED样品。据悉，面向大规模产业应用，北京石墨烯研究院在玻璃衬底上采用化学气相沉积，发展了一系列石墨烯晶圆制备方法，为氮化物变革性制备技术的探索提供坚实基础。刘忠范表示，这一成果是典型的“从0到1”式的原创性突破，为石墨烯等二维材料的产业化应用提供了新思路，有望发展为氮化物变革性制备技术，解决先进半导体发展技术瓶颈，在新型显示、柔性电子学等领域具有重要应用前景。同时，该技术通过“异构外延”减弱了氮化物对单晶衬底的依赖，对于扩大半导体外延衬底选择范围、丰富半导体异质外延概念、实现面向后摩尔时代的片上物质组装和异构集成，具有重要意义。

当前，信息技术的高速发展对半导体器件的热管理提出了更高的要求：一方面需要使用更好的散热材料（如石墨烯、金刚石等），另一方面需要降低接触界面热阻。对于小尺寸的高功率器件而言，界面的导热能力实际上已经成为制约器件性能提升的瓶颈，因此，研究其界面导热机制尤其重要。在半导体器件中，界面热导主要是由异质结界面附近的几个原子层产生的界面声子决定的。但目前人们对于界面声子如何影响界面热导知之甚少，主要原因是缺乏有效实验测量界面声子的手段。图 (a) AlN/Si异质结界面处的原子分辨图；(b) AlN/Si异质结界面的EELS谱；(c) AlN/Si和AlN/Al异质结四种不同界面模式的声子态密度分布及对界面热导的贡献近来，北京大学物理学院量子材料科学中心、电子显微镜实验室高鹏教授课题组，发展了兼具空间分辨和动量分辨能力的四维电子能量损失谱技术（Nature Communications 2021, 12, 1179 发明专利：ZL202011448013.7），并展示了可应用于异质结界面声子色散的测量（Nature 2021, 559, 399)。最近，他们和清华大学、南方科技大学等合作，利用该谱学方法测量了第三代半导体氮化铝（AlN）与硅（Si）衬底、金属铝（Al）电极等界面的晶格动力学行为，并探索了不同界面的声子传输行为及其对界面热导的贡献。联合研究团队发现AlN/Si和AlN/Al的界面声子模式迥然不同，从而导致界面热导数倍的差异。通常，界面声子可以分为四类：扩展模式、局域模式、部分扩展模式和孤立模式。其中，扩展模式和局域模式与界面两侧的体态声子都有很强的关联，使得一侧的声子通过弹性/非弹性散射穿过界面到达另一侧，充当连接两侧体态声子的桥梁，从而有助于提升界面热导；而部分扩展模式和孤立模式对界面热导贡献很小。联合研究团队首先在AlN/Si异质结界面上观测到了界面模式具有明显的桥效应：界面存在原子尺度局域的声子模式，与界面两侧AlN和Si的不同能量的体声子都能发生非弹性散射从而交换能量；此外，也观察到了明显的界面扩展模式。这两种模式都能有效促进界面热量的传输。而在AlN/Al界面，并没有观察到明显的由局域模式或扩展模式构成的声子桥，其界面声子模式主要为部分扩展模式，对热量的传输效率较低。这些结果解释了为什么AlN/Al的界面热导要远小于AlN/Si。该工作深化了对界面声子传输和热输运的理解，尤其为基于氮化物的高电子迁移率晶体管和大功率发光二极管等高功率半导体器件的热管理提供了有价值的信息。2022年2月18日，相关成果以“原子尺度探测氮化物半导体异质结界面声子桥”（Atomic-scale probing of heterointerface phonon bridges in nitride semiconductor）为题，在线发表于《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）。北京大学物理学院量子材料科学中心2017级博士研究生李跃辉为第一作者，高鹏为通讯作者，其他主要合作者包括北京大学物理学院的研究助理亓瑞时、2018级博士研究生时若晨，清华大学胡健楠博士、马旭村教授、罗毅院士，以及清华大学和南方科技大学薛其坤院士等。上述研究工作得到国家自然科学基金，以及量子物质科学协同创新中心、怀柔综合性国家科学中心轻元素量子材料交叉平台、北京大学高性能计算平台等支持。论文原文链接：https://www.pnas.org/content/119/8/e2117027119

p style=" box-sizing: border-box outline: 0px text-size-adjust: none -webkit-tap-highlight-color: rgba(0, 0, 0, 0) margin-top: 0px margin-bottom: 15px color: rgb(80, 80, 80) font-family: & quot Helvetica Neue& quot , Helvetica, Arial, sans-serif text-align: justify white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) " 聚灿光11月2日晚间公告，子公司聚灿光电科技(宿迁)有限公司与中科院半导体研究所就建立“新型氮化物智慧光电联合实验室”达成合作协议。 /p p style=" box-sizing: border-box outline: 0px text-size-adjust: none -webkit-tap-highlight-color: rgba(0, 0, 0, 0) margin-top: 0px margin-bottom: 15px color: rgb(80, 80, 80) font-family: & quot Helvetica Neue& quot , Helvetica, Arial, sans-serif white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) text-align: center " img src=" http://s.laoyaoba.com/jwImg/news/2020/11/03/16043727868213.png" style=" box-sizing: border-box outline: 0px text-size-adjust: none -webkit-tap-highlight-color: rgba(0, 0, 0, 0) border: 0px vertical-align: middle max-width: 100% " / /p p style=" box-sizing: border-box outline: 0px text-size-adjust: none -webkit-tap-highlight-color: rgba(0, 0, 0, 0) margin-top: 0px margin-bottom: 15px color: rgb(80, 80, 80) font-family: & quot Helvetica Neue& quot , Helvetica, Arial, sans-serif text-align: justify white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) " 双方联合研究面向光通信领域的氮化物光电及集成技术，开发高性能高光功率氮化物发光及探测器件；以实验室为基地，共同开展前沿基础性科研工作和人才培养，推动双方在技术及人才方面的全面提升。联合实验室的合作有效期为3年。 /p p style=" box-sizing: border-box outline: 0px text-size-adjust: none -webkit-tap-highlight-color: rgba(0, 0, 0, 0) margin-top: 0px margin-bottom: 15px color: rgb(80, 80, 80) font-family: & quot Helvetica Neue& quot , Helvetica, Arial, sans-serif text-align: justify white-space: normal background-color: rgb(255, 255, 255) " 公告还提出，双方将建设国内一流、国际先进的新型氮化物智慧光电联合实验室，使之成为一个合作紧密、管理科学、互利共赢、创新发展的产学研联合创新平台。培养一支高质量的研发技术团队，为双方未来基于氮化物光电的新一代信息技术及相关应用领域的深入发展提供服务。 /p

中国科学院半导体研究所研究员刘志强等与北京大学、北京石墨烯研究院等单位合作，在氮化物外延及热电能源器件领域取得系列研究进展，验证了氮化物异质异构单晶外延的可行性，提出了氮化物位错控制新思路，拓展了氮化物在高温热电领域的应用。相关成果分别以Continuous Single-Crystalline GaN Film Grown on WS2-Glass Wafer、Atomic Mechanism of Strain Alleviation and Dislocation Reduction in Highly Mismatched Remote Heteroepitaxy Using a Graphene Interlayer、Graphene-Assisted Epitaxy of High-Quality GaN Films on GaN Templates、High Power Efficiency Nitrides Thermoelectric Device为题，在线发表在Small、Nano Letters、Advanced Optical Materials、Nano Energy上。 　　实现不依赖于衬底晶格的氮化物材料外延，有望突破衬底限制，融合宽禁带半导体材料与其他半导体材料的性能优势，为器件设计提供新的自由度。研究团队于2021年利用石墨烯二维晶体作为缓冲层，借助纳米柱等底层微纳结构，实现了非晶衬底上的氮化物准单晶薄膜的异质异构外延。近期，研究团队在该领域取得进展，利用与氮化物晶格匹配的过渡金属硫化物为缓冲层，构筑人工生长界面，实现了非晶玻璃晶圆上的单晶薄膜制备，并实现了紫外发光器件的制备。该项工作以非晶衬底这一极端情况，验证了氮化物异质异构单晶外延的可行性。 　　刃位错是氮化物材料中的代表性缺陷类型，与另外一种典型缺陷——螺位错相比，通常情况下其浓度要高一个数量级。刃位错对氮化物发光、电子器件的性能均会产生重要影响。由于氮化物与异质衬底之间固有的晶格失配，刃位错的有效抑制手段非常有限。近期，研究团队采用远程外延，实现了氮化物外延层中刃位错的有效降低，在原子尺度上研究了应力释放和位错密度降低的物理机制。研究发现无极性的石墨烯缓冲层可以削弱源于衬底的晶格势场，使得外延层能够在晶体取向得到控制的同时，其晶格也能相对自由地生长。因此，异质外延中晶格失配引起的应力得到了释放，外延层刃位错密度降低近一个数量级。在这种低应力的GaN模板上，研究人员成功制备了高In组份的InGaN/GaN量子阱，实现了黄光波段LED器件。 　　氮化物材料由于生长方法的限制具有高密度的穿透位错，这些穿透位错会充当非辐射复合中心和漏电通道，对氮化物基光电器件和电力电子器件的性能有严重的负面影响。近期，研究团队采用二维材料石墨烯辅助外延的方法，实现了低应力、低位错密度的高质量GaN薄膜的外延生长，并揭示了石墨烯在界面处降低外延层中穿透位错密度的机制。研究发现石墨烯可以部分屏蔽衬底势场，衬底势场实现界面晶格调控的同时，其表面势场波动一定程度被削弱。因此外延层可以通过原子滑移释放部分应力，实现应力的自发驰豫。引入石墨烯二维晶体后，GaN模板中因穿透位错导致的晶格畸变在外延界面得以恢复，表现为石墨烯在界面处阻挡了穿透位错向上的扩散，因此获得了比相同衬底同质外延位错密度更低的GaN薄膜。 　　能源是社会经济发展永恒的主题，工业生产中消耗化石燃料产生能量的约70%以废热的形式被排放。热电转换技术能够可逆地将废热转换成电能，在提高能源利用效率和回收废弃能源方面具有重要的意义。与此同时，热电器件在太空等极端环境下具有重要的应用，热电发电机是旅行者2号的唯一能量来源，目前已经连续工作40余年。然而，传统的窄禁带半导体材料存在高温下少数载流子激发导致的温差电动势抑制效应，工作温度较低。以GaN为代表的III族氮化物具有较大的禁带宽度、优异的热稳定性、高的抗辐射强度，同时易实现可控调制的合金和异质结结构，在高温热电方面展现出巨大的应用潜力。由于决定热电性能的塞贝克系数S、电导率σ、热导率k之间相互耦合和制约的关系，合理设计材料结构、采取最优化方案提高ZT值，一直是热电研究的重要课题。研究团队探索了合金化和低维超晶格结构对载流子和声子输运的调控作用，实现了电子、声子输运的有效解耦，成功制备了热电器件。ZT值优于同类器件的文献报道。该工作拓展了III族氮化物在热电方面的应用，提供了一种非常有前途的高温热电器件解决方案。图1 WS2-玻璃晶圆上单晶GaN薄膜的生长图2 WS2-玻璃晶圆上的AlxGa1-xN成核及单晶GaN薄膜生长。(a) 低温AlxGa1-xN成核后WS2的拉曼光谱；(b) 拉曼测试点的示意图；(c) 成核生长后AlxGa1-xN/WS2/玻璃界面的HADDF图像；(d) AlxGa1-xN/WS2/玻璃界面的HADDF图像及对应的Ga、O、S和W元素的EDS面扫图像；(e) 薄膜生长后AlxGa1-xN/WS2/玻璃界面的高分辨TEM图像；(f) 薄膜生长后AlxGa1-xN/WS2/玻璃界面的HADDF图像；(g) 界面附近GaN的iDPC图像图3 基于石墨烯的远程异质外延与传统异质外延的界面对比。(a) AlGaN/蓝宝石界面的原子结构和GPA exx图像；(b) AlGaN/石墨烯/蓝宝石界面的原子结构和GPA exx图像；(c) 有无石墨烯时界面处氮化物与蓝宝石衬底的面内晶格失配对比；(d) 有无石墨烯时界面处氮化物与蓝宝石衬底的面外晶格失配对比；(e) 无石墨烯时氮化物在蓝宝石台阶上的原子排列；(f) 有石墨烯时氮化物在蓝宝石台阶上的原子排列；(g) 无石墨烯时靠近台阶处沿面外方向的氮化物原子偏移；(h) 有石墨烯时靠近台阶处沿面外方向的氮化物原子偏移；(i) 界面附近两个原子层面外方向原子偏移的线轮廓图4 石墨烯辅助外延中的应力驰豫和位错演化机制。石墨烯辅助外延生长和直接外延生长的GaN薄膜的(a) XRD摇摆曲线对比，(b) 刃位错和螺位错密度对比，(c) 应力对比；GaN/石墨烯/GaN界面处的(d) 暗场像图像，(e) GPA exx图像；(f) 石墨烯在界面处阻挡穿透位错向上扩散的示意图；(g) 空白GaN表面的电势场波动；(h) 石墨烯/GaN复合衬底表面的电势场波动；(i) 空白GaN表面和石墨烯/GaN复合衬底表面沿特定方向的电势波动对比图5 氮化物器件的热电性能。(a) 塞贝克测量装置示意图；(b) 不同温度梯度下的红外热成像图；(c) 开路电压随温差时间变化曲线；(d) 塞贝克系数拟合曲线

钢中非金属夹杂物是指钢中不具有金属性质的氧化物、硫化物、硅酸盐和氮化物。它们是钢在冶炼过程中由于脱氧剂的加入形成氧化物、硅酸盐和钢在凝固过程中由于某些元素(如硫、氮) 溶解度下降而形成的硫化物、氮化物，这些夹杂物来不及排出而留在钢中。随着近代精炼技术的发展，钢的“洁净度”大大提高，夹杂物在钢中的含量虽然极微，但对钢的性能却具有不可忽视的影响，非金属夹杂物在钢中破坏了金属基体的连续性，致使材料的塑性、韧性降低和疲劳性能降低，使钢的冷热加工性能乃至某些物理性能变坏。钢中夹杂物对钢性能的影响主要在对钢韧性的危害，而且危害程度随钢的强度增高而增加。然而其中夹杂物的数量及分布形态是影响钢材质量的重要指标之一。目前，可以利用扫描电镜分析和原位的动态研究对夹杂物的形态特征及分布进行研究。近日就有学者对于304不锈钢中夹杂物在变形过程中对于材料的微观结构的影响进行了相关的研究。原位(In situ)测试基于原位拉伸测试成果案例1[1]：针对夹杂物对304不锈钢变形行为影响的研究，本文通过原位拉伸的实验手段，采集实验过程中各载荷值下的SEM数据和EBSD数据，以此来分析各阶段夹杂物对304不锈钢基体变形行为的影响。通常，夹杂物对拉伸条件下基体性能影响的问题只能通过近原位测试方法来研究。只能用组织状态基本相同的几个试样拉伸，然后在达到预定载荷时停止装载和卸载试样。然后，抛光每个样品的表面以观察样品表面的变形。这种方法有很多缺点。它不能保证每个样品的均匀性，在典型现象发生时不能准确获得负载值，并且不能在同一区域内获得不同应力状态下的变形。这些缺点使得无法确保因素的独特性。与原位拉伸试验相比，原位拉伸试验具有以下三个优点：1.观测区域可以精确定位，在任何载荷下都可以用坐标求出观测区域；2.准确采集同一区域不同应力状态下的SEM和EBSD信息；3.它能准确地找出微裂纹萌生、扩展和宏观断裂的时刻。图1为304不锈钢的原位拉伸实验全过程，展示了不同载荷状态下材料的微观形貌。图1 原位拉伸微观过程 (a) F=0 N(δ= 0mm) (b) F= 300 N(δ =0.061 mm) (c) F=600 N(δ =0.417mm) (d) F =800 N(δ= 1.102mm) (e)F= 800 N(δ= 1.102mm) (f) F=1130 N(δ =2.233 mm) (g) F图2 不同载荷下夹杂物的形貌(a) F= 600 N (b) F = 700 N (c) F=800 N (d) F=900 N (e) F= 1000 N (f) F= 1100 N.由图2可知，当夹杂物的长轴方向与拉伸载荷方向垂直时，孔洞及微裂纹的扩展趋势最为剧烈，促进断裂行为的发生；当夹杂物的长轴方向与拉伸载荷平行时，孔洞及微裂纹的扩展趋势更为平缓，对于断裂行为的危害作用相比较小。图3 原位观察单晶和多晶MnS颗粒的KAM图 (a) F= 0N (b) F= 300 N (c) F=500 N (d) F= 600 N.由图3可知，原位生成的MnS夹杂物单晶形态和多晶形态并存，在变形过程中两者变形行为有明显差异且对于基体变形行为的影响也不同。结论：本文借助原位拉伸实验的手段进行SEM图的信息采集分析，EBSD数据的信息采集分析来研究MnS夹杂物对基体变形行为的影响。得到的结论如下：1.单晶态的MnS颗粒在变形过程中只会发生和基体界面的脱粘现象，多晶MnS颗粒会多发生内部断裂现象偶尔会发生与基体界面脱粘现象；2.在变形过程中，长轴方向垂直于拉伸方向的MnS颗粒比长轴方向平行于拉伸方向的MnS颗粒对于基体的影响更加的显著，对于基体的破坏作用更强；3.MnS颗粒的存在会促进变形过程中孔洞的形核，为孔洞聚集提供机会，促进材料产生准解理断裂特征，使材料失效提前，强度韧性下降。欧波同材料分析研究中心欧波同材料分析研究中心（以下简称“研究中心”）隶属于欧波同（中国）有限公司，研究中心成立于2016年，是欧波同顺应市场需求重金打造的高端测试分析技术服务品牌。旗下的核心团队由一大批“千人计划”、杰出青年和海归博士组成，可为广大客户提供系统性的检测解决方案。研究中心以客户需求为主导，致力于高端显微分析表征技术在国内各行业的推广，旨在通过高质量、高效率的测试分析服务帮助客户解决在理论研究、新产品开发、工艺（条件）优化、失效分析、质量管控等过程中遇到的一系列材料显微表征和分析的问题。

近日，欧波同（中国）有限公司与燕山大学再度签署合作协议，欧波同OTS全自动钢中非金属夹杂物分析系统被正式引入燕山大学，助力高校科研项目，推进钢铁行业绿色智能、高效创新改革。图1 蔡司扫描电镜及OTS软件OTS全自动钢中非金属夹杂物分析系统是一套集分析仪器、应用软件和样品清洁度评价及建议为一体的综合性分析系统。该系统能够对钢中非金属夹杂物的微观形貌进行清晰观察，而且配有业界领先的大面积高速X射线能谱仪，自动对试样选定区域内所有钢中非金属夹杂物的化学成分进行快速准确分析。分析结果可直观显示在包含氧化物、硫化物、氮化物等七大类多元相图中。系统的突出特色在于能够根据夹杂物的成分、数量、尺寸及分布给出样品的洁净度评价，并根据用户输入的钢种类别、取样工位给出较合理的生产建议。这是一套针对冶金行业定制开发的分析系统，以其专业、智能的优势得到了燕山大学副校长张立峰教授科研团队的认可，并在系统优化过程中得到了团队权威专家们的技术支持。张立峰教授二十余年来一直从事高品质钢中非金属夹杂物相关研究。曾先后入选教育部“长江学者”特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、第四批国家“万人计划”创新领军人才、科技部中青年科技创新领军人才、教育部首批“全国高校黄大年式教师团队”负责人。主持国家级、省部级纵向科研项目及国防科技项目70余项，发表SCI、EI入检论文200余篇、出版著作8部。获光华工程科技奖青年奖、魏寿昆冶金青年奖、冶金科学技术奖、中国产学研合作创新奖和创新成果奖、中国循环经济协会科学技术奖。获得美国钢铁协会Richard J. Fruehan奖，英国皇家工程院杰出访问学者。获授权1项美国专利、35项中国专利和10项软件专利权。先后担任英国华威大学荣誉教授、美国卡内基梅隆大学兼职教授，美国伊利诺大学机械工程系兼职教授。此次合作的顺利达成，不仅是张立峰教授科研团队对欧波同的完善服务的认可，更得益于OTS系统适应市场需求、领衔行业技术的优势，OTS以其实用性、专业性和精确性，得到了越来越多业界权威专家的肯定。欧波同产品研发团队扎根一线，深挖市场需求，注重客户体验，将定制系统研发作为实验室解决方案的重要项目，为各行业研发、检测等环节的工作带来智能化的操作体验，在科技创新、降本增效的实践中取得令人振奋的成绩。

二维 (2D) 材料，特别是石墨烯和氮化物的异质集成，为半导体器件提供了新的机遇，在制备柔性可穿戴设备，以及可转移电子和光子器件领域有广泛的应用前景。由于石墨烯表面自由能低，氮化物在石墨烯表面不易成核，采用等离子体预处理或者生长缓冲层的方法难以获得高质量的单晶氮化物。最近，一种新的外延技术——远程外延有望解决这一难题。该技术是利用石墨烯的“晶格透明性”，衬底和外延层产生远程的静电相互作用，通过这种相互作用，外延层透过石墨烯可以“复制”衬底的晶格信息，从而保证外延层的晶格取向一致性。然而，关于氮化物远程外延的生长机制和界面作用关系的相关报道还较少。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究团队在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上发表了题为“Long-Range Orbital Hybridization in Remote Epitaxy: The Nucleation Mechanism of GaN on Different Substrates via Single-Layer Graphene”的文章。文章第一作者为博士研究生屈艺谱，合作者为徐俞副研究员、徐科研究员以及苏州大学曹冰教授。该团队采用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)在两种覆盖单层石墨烯（SLG）的极性衬底（Al2O3和AlN）上实现了氮化镓成核层（GaN NLs）的远程外延。研究发现，衬底极性对石墨烯上GaN的成核密度，表面覆盖率和扩散常数起着关键作用。考虑到表面覆盖和衬底污染引起的成核信息差异，通过缩放的成核密度校正了这种误差，得到了衬底极性和GaN成核密度的对应关系。结晶特性分析表明，衬底和外延层的界面外延关系不受单层石墨烯的影响，与传统外延的取向关系一致。为了揭示成核信息差异背后的物理机理，通过理论计算作者发现衬底增强了单层石墨烯上的Ga和N原子的吸附能，且极性较强的AlN相比Al2O3的吸附能更大，AlN和吸附原子Ga之间存在更高的差分电荷密度(CDD)。进一步通过分波态密度(PDOS)分析发现，尽管吸附原子Ga和衬底相距4-5Å，Al2O3和AlN中Al-3p和Ga-4p轨道在费米能级附近仍存在轨道杂化。作者认为在远程外延中，单层石墨烯的存在不影响衬底和吸附原子之间的化学相互作用，这种远程轨道杂化效应正是在极性衬底上远程外延GaN NLs的本质。通过导电胶带可以轻松剥离GaN NLs，而且剥离后的衬底表面没有机械损伤，有望发展一种高质量衬底的低成本制备技术。图1. SLG/Al2O3和SLG/AlN两种衬底的GaN NLs的SEM图，不同的量化指标分析了成核信息的差异 图2. GaN/SLG/Al2O3和GaN/SLG/AlN两种体系表面形貌的SEM图，面外和面内取向关系的XRD图 图3. GaN/SLG/Al2O3和GaN/SLG/AlN两种体系的界面微观特性的HR-TEM图图4. 吸附原子Ga和N在SLG、SLG/Al2O3和SLG/AlN三种体系上的吸附能，Ga在三种体系上的CDD和PDOS图5. 使用导电胶带剥离GaN NLs，剥离后GaN背部和衬底表面的石墨烯拉曼信号图综上，该研究工作讨论了在石墨烯调控的氮化镓远程外延机理，创新性的提出了远程轨道杂化的概念，充分探讨了GaN和衬底之间的界面关系和界面耦合特性，揭示了远程外延的物理和化学机理，为快速、大面积制备单晶GaN薄膜拓宽了思路。这项工作得到了国家自然科学基金国家重点项目（No. 61734008，No. 62174173）的资助。

失效分析是近些年由军工企业向科研学者及企业所普及的一门新学科[1]，金属零部件失效轻则会导致工件性能退化，重则会导致人生安全事故，通过失效分析定位失效原因，提出有效改进措施是保证工程安全运行必不可少的一步，因此，充分利用扫描电镜的优势将为金属材料行业的进步做出巨大贡献。 金属材料是指具有光泽、延展性、容易导电、传热等性质的材料。其中最基本也最为常人所熟知的钢铁，作为基本的结构材料，对国家和人民的意义重大。自工业革命爆发后，不论是小到日常生活用品材料，还是大到军事设备，轨道交通，都离不开钢铁的参与。众多钢铁企业及科研院所利用扫描电镜得天独厚的优势来解决生产时遇到的问题，并协助科研开发新产品。扫描电镜搭载相应的附件已成为钢铁冶金行业进行研究和生产过程中发现问题的有利手段。随着扫描电镜分辨率及自动化程度的提高，扫描电镜在材料分析表征方面的应用愈发广泛[2]。01 电镜观察金属件拉伸断口断口总是发生在金属组织中最薄弱的地方，记录着有关断裂全过程的许多珍贵资料，所以在研究断裂时，对断口的观察和研究一直受到重视。通过断口的形态分析研究一些导致材料发生断裂的基本问题，如断裂起因、断裂性质、断裂方式等。如果要深入研究材料的断裂机理，通常要对断口表面的微区成分进行分析，断口分析现已成为对金属构件进行失效分析的重要手段。图1 国仪量子扫描电镜SEM3100拉伸断口形貌图 根据断裂的性质，断口大致可分为脆性断口和塑性断口。脆性断口的断裂面通常与拉伸应力垂直，脆性断口从宏观来看，由光泽的结晶亮面组成；塑性断口从宏观来看，通常断口上有细小凹凸，呈纤维状。断口分析的实验基础是对断口表面的宏观形貌和微观结构特征进行直接观察和分析。在很多情况下，利用宏观观察就可以判定断裂的性质、起始位置和裂纹扩展路径，但如果要对断裂源附近进行细致研究，分析断裂原因和断裂机制，必须进行微观观察，且因为断口是一个凹凸不平的粗糙表面，观察断口所用的显微镜要具有最大限度的景深，尽可能宽的放大倍数范围和高的分辨率。综合这些需求，扫描电镜在断口分析领域得到广泛的应用。图1三个拉伸断口样品，通过低倍宏观观察及高倍显微组织观察，样品A断口呈河流花样（如图A）为典型脆性断口特征；样品B宏观无纤维状形貌（如图B），微观组织无韧窝出现，为脆性断口；样品C宏观断口由光泽的刻面构成，故以上拉伸断口均为脆性断口。02 电镜观察钢铁夹杂物 钢的性能主要取决于钢的化学成分和组织。钢中夹杂物主要以非金属化合物形态存在，如氧化物、硫化物、氮化物等，造成钢的组织不均匀，而且它们的几何形状、化学成分、物理因素等不仅使钢的冷热加工性能降低，还会影响材料的力学性能[3]。非金属夹杂物的成分、数量、形状和分布等对钢的强度、塑性、韧性、抗疲劳、耐腐蚀等性能有极大的影响，因此，非金属夹杂物是钢铁材料金相检验中不可缺少的项目。通过研究钢中夹杂物的行为，采用相应技术防止钢中夹杂物进一步形成和减少钢液中已存在的夹杂物，对生产高纯净钢以及提高钢的性能具有十分重要的意义。图2 国仪量子扫描电镜SEM3100夹杂物形貌图图3 TiNAl2O3复合类夹杂能谱面分析图图2、图3所示夹杂物分析案例中，通过使用扫描电镜观察夹杂物，配合能谱分析电工纯铁所含夹杂物成分，可知纯铁内部所含夹杂物种类为氧化物类、氮化物类以及复合类夹杂。扫描电镜自带的分析软件具有强大的功能，可以直接对样品测量或直接在图片上进行任何距离、长度的测量，例如通过测量上图所示案例中电工纯铁夹杂物的长度，可知Al2O3夹杂物平均尺寸约为3μm，TiN及AlN尺寸均在5μm以内，复合类夹杂尺寸不超过8μm；这些细小的夹杂在电工纯铁内对磁畴起到钉扎的作用，会影响最终的磁性能。氧化物类夹杂Al2O3来源可能为炼钢的脱氧产物和连铸过程的二次氧化物，在钢铁材料中的形态多为球形，少部分为不规则形状。AlN在钢铁材料中的形态通常呈细长条状；TiN在钢铁中的形态通常呈四边形，夹杂物的形态与其组分以及在钢液内所发生一系列的物理化学反应有关，观察夹杂物时不仅要观察夹杂物的形态及成分，还要关注夹杂物的尺寸大小及分布，需要多方面统计，从而综合评判夹杂物水平。在对单个夹杂物进行观察分析时扫描电镜具有一定的优势，例如夹杂物导致工件开裂进行失效分析，通常在开裂源头处会发现大颗粒夹杂，此时对夹杂物进行尺寸、成分、数量以及形状等研究具有重要意义，通过分析可以定位工件的失效原因。03 扫描电镜对钢铁材料中有害析出相的检测方法析出相是指饱和固溶体温度降低时析出的相，或固溶处理后得到的过饱和固溶体在时效时析出的相，相对的时效过程是一个固态相变的过程，是第二相粒子从过饱和固溶体中沉淀脱溶并且形核长大的过程。析出相在钢中具有十分重要的作用，其对钢的强度、韧性、塑性、疲劳性能等许多重要的物理化学性能均具有重要影响。合理控制钢铁析出相能够强化钢铁性能，如果热处理温度及时间控制不当，会引起金属性能急剧下降，如脆断、易腐蚀等。图4 国仪量子扫描电镜SEM3100电工纯铁析出相背散图在一定的加速电压下，由于背散射电子的产额基本随试样原子序数的增高而增加，所以可以利用背散射电子作为成像信号，显示原子序数衬度像，在一定范围内可以观察试样表面的化学组分分布情况。铅原子序数为82，在背散模式下Pb的背散射电子产额很高，所以图像中Pb呈亮白色。Pb在钢铁材料中的危害有以下几种，因为Pb和Fe不生成固溶体，在冶炼过程中难以去除，且易在晶界处发生偏聚，形成低熔点的共晶体削弱晶界结合力，使材料的热加工性能下降。电工纯铁中的铅析出可能来源是炼铁原料中含有的Pb，以及冶炼时添加合金元素所含有的微量Pb；如果特殊用途使用，不排除在冶炼过程中加入的可能，目的是改善切削加工性能。04 结语扫描电镜作为一种显微分析工具，可以对金属材料进行多种形式的观察，可以对各类缺陷进行详细的分析、金属材料失效的原因进行综合定位分析，随着扫描电镜功能的不断完善和提升，扫描电镜能够完成的工作也越来越多，不仅为改善材料性能的研究提供了可靠依据，同时也在生产工艺控制、新产品设计和研究等方面发挥了重要作用。参考文献：[1] 陈南平,顾守仁,沈万慈等.机械零件失效分析[M].北京:清华大学出版社,2008,15-17.[2] 张鋆川. 金属材料检测常见问题及解决措施[J]. 数字化用户, 2018, 24(052):67.[3] 郭立波,李朋,武强,等. 扫描电镜及能谱分析在钢铁冶金中的应用[J]. 物理测试,2018,36(1):30-36. 本文作者：于文霞 国仪量子应用工程师

供稿| 洪艺伦编辑| Norah、孙平校阅| Lucy、Joanna以石墨烯为代表的二维范德华层状材料具有独特的电学、光学、力学、热学等性质，在电子、光电子、能源、环境、航空航天等领域具有广阔的应用前景。目前理论预测得到的层状母体材料已经超过5,600种，包括1800多种可以较容易地或潜在地通过剥落层状母体材料得到的二维层状化合物[1]，像是石墨烯、氮化硼、过渡金属硫族化合物、黑磷烯等均存在已知的三维母体材料。在目前已知的所有三维材料中，块体层状化合物的数量毕竟不是多数。因此，直接生长自然界中尚未发现相应块状母体材料的二维层状材料，成为突破和扩展二维层状材料范围的新“希望”。它们有望为新物理化学特性的发现和潜在的应用前景提供巨大机会，具有重要的科学意义和实用价值。过渡金属碳化物和氮化物(TMCs和TMNs)就是这类材料。然而，由于表面能量的限制，这些非层状材料倾向于岛状生长而非层状生长，往往只能得到几纳米厚度的、横向尺寸约100微米的非均匀二维晶体，这就使得大面积均匀厚度的合成依然困难。那么，如何解决呢？近日，中科院金属所沈阳材料科学国家研究中心任文才研究员团队，提出一种新方案——采用钝化非层状材料的高表面能的位点来促进层状生长，最终制备出一种不存在已知母体材料的全新二维范德华层状材料——MoSi2N4，并获得了厘米级单层薄膜。本次“前沿用户报道”专栏就将为大家介绍这一研究。图1 二维层状MoSi2N4晶体的原子结构：三层（左）的MoSi2N4原子模型和单层的详细横截面晶体结构； 01“平平无奇”Si，实现材料新生长关于二维层状材料的研究，任文才团队多有建树，他们早在2015年就发明了双金属基底化学气相沉积（CVD）方法，并利用该方法制备出多种不同结构的非层状二维过渡金属碳化物晶体材料。但正如上文提到的，这些材料由于表面能限制，使得该富含表面悬键的非层状材料倾向于岛状生长，难以得到厚度均一的单层材料。令人惊喜的是，团队成员在一次实验中打开了新思路。他们在研究如何消除表面悬键对非层状材料生长模式的影响时，想到了从电子饱和的角度出发，发现硅元素可以和非层状氮化钼表面的氮原子成键使其电子达到饱和状态，而硅元素正好是制备体系中使用到的石英管中的主要元素。因此，他们决定从制备体系中的石英管中的Si元素入手，研究Si元素的加入对非层状材料生长的影响。团队成员惊喜地发现， Si元素可以参与到生长中去，成为促进材料生长的绝佳“帮手”。这一意外的发现开启了探索的新方向，他们反复试验，最终确认Si的引入的确可以改变材料的生长模式。他们在CVD生长非层状二维氮化钼的过程中，引入硅元素来钝化其表面悬键，改变其岛状生长模式，最终制备出新型层状二维材料材料——MoSi2N4。图2 (A)单层MoSi2N4薄膜的CVD生长（B）用CVD法生长30min、2h和3.5h的MoSi2N4光学图像，说明了单层薄膜的形成过程（C）CVD生长的15mm×15mm MoSi2N4薄膜转移到SiO2/Si衬底上的照片；（D）一个MoSi2N4薄膜典型的AFM图像，显示厚度~1.17nm；（E）MoSi2N4结构的横截面HAADF-STEM图像，显示层状结构，层间距~1.07nm02Si钝化效果显著，MoSi2N4成功制备任教授团队还对比了加Si与不加Si之间的区别，发现采用Si来进行钝化的方式效果显著，帮助他们获得了一种全新的不存在已知母体材料的二维范德华层状材料——MoSi2N4，并最终可获得厘米级的均匀单层多晶膜。从下图3就可看出，下图为Cu/Mo双金属叠片为基底，NH3为氮源制备的单层和多层材料。通过对比试验发现：在不添加Si的情况下，仅能获得横向尺寸为微米级的非层状超薄 Mo2N晶体，厚度约10 nm且不均匀；而当引入元素Si时，生长明显发生改变：初期形成均匀厚度的三角形区域，且随着生长时间的延长三角形逐渐扩展，同时又有新的三角形样品出现并长大，最后得到均匀的单层多晶膜。利用类似制备方法，他们还制备出了单层WSi2N4。图3 经过高分辨透射电镜的系统表征，发现层状MoSi2N4晶体的每一层中包含N-Si-N-Mo-N-Si-N共7个原子层，可以看成是由两个Si-N层夹持一个N-Mo-N层构成（A）单层MoSi2N4晶体的原子级平面HAADF-STEM原子像；（B）多层MoSi2N4晶体的横截面原子级HAADF-STEM图像03高强度和出色稳定性，后续研发令人期待厘米级单层薄膜已经制备，其性能如何呢？该团队成员继续展开了论证。他们与国家研究中心陈星秋研究组和孙东明研究组合作，最终发现单层MoSi2N4具有半导体性质（带隙约1.94eV）和优于单层MoS2的理论载流子迁移率，同时还表现出优于MoS2等单层半导体材料的力学强度和稳定性。另外，通过使用HORIBA LabRAM HR800拉曼光谱仪进行拉曼光谱测试，获得了显著的拉曼信号，这为后续材料的快速表征提供了有力的证据。这些物理性能的提升，无疑为MoSi2N4进入实际应用奠定了基础，后续这一材料将在电子器件、光电子器件、高透光薄膜和分离膜等领域做更深入的应用探索。不仅如此，团队成员通过理论计算预测出了十多种与单层MoSi2N4具有相同结构的二维层状材料，包含不同带隙的间接带隙半导体、直接带隙半导体和磁性半金属等（图4），这一研究结果也进一步拓宽了二维层状材料的范围，尤其壮大了单层二维层状材料的大家族，具有重要意义。该工作得到了国家自然科学基金委杰出青年科学基金、重大项目、中国科学院从0到1原始创新项目、先导项目以及国家重点研发计划等的资助。图4 理论预测的类MoSi2N4材料家族及相关电子能带结构该研究成果不仅开拓了全新的二维层状MoSi2N4材料家族，拓展了二维材料的物性和应用，而且开辟了制备全新二维范德华层状材料的研究方向，为获得更多新型二维材料提供了新思路。04文章作者&论文原文任文才，中国科学院金属研究所研究员，国家杰出青年科学基金获得者。主要从事石墨烯等二维材料研究，在其制备科学和技术、物性研究及光电、膜技术、储能等应用方面取得了系统性创新成果。在Science、Nature Materials等期刊发表主要论文160多篇，被SCI他引24,000多次。连续入选科睿唯安公布的全球高被引科学家。获授权发明专利60多项（含5项国际专利），多项已产业化，成立两家高新技术企业。获国家自然科学二等奖2次、何梁何利基金科学与技术创新奖、辽宁省自然科学一等奖、中国青年科技奖等。文章标题：Chemical vapor deposition of layered two-dimensional MoSi2N4 materials. Science 369 (6504), 670-674.DOI: 10.1126/science.abb7023免责说明

近日，大连化物所太阳能研究部太阳能制储氢材料与催化研究组(DNL1621组)章福祥研究员团队开发了一种低功函金属粉末(Mg、Al、Zr等)辅助氮化的合成新方法，实现了在低温、短时间内高效氮化合成基于d0区金属元素(Ta、Zr、Ti等)的窄带隙金属氮氧化物半导体材料。基于该合成路线，团队有效降低了大部分金属氮氧化物的缺陷密度，并提升了相应材料的光催化性能；此外，采用该氮化路线实现了对SrTiO3和Y2Zr2O7等材料的高浓度氮掺杂，大幅减小其带隙，拓展了氮氧化物半导体光催化材料的开发边界。宽光谱捕光催化材料设计合成是实现太阳能高效光—化学转化基础，其吸收带边越宽则太阳能转化理论效率越高。大连化物所太阳能研究部长期致力于具有较宽可见光利用的新光催化材料开发，先后设计合成了氮氧化物(Adv. Mater.，2019；Adv. Mater.，2021；J. Energy Chem.，2021等)、含氧酸盐(Adv. Energy Mater.，2018)、金属有机框架类(Adv. Mater.，2018；Sci. China Chem.，2020；J. Am. Chem. Soc.，2022)和金属氮卤化物半导体材料(Angew. Chem.，2023；J.Mater. Chem. A，2023)等20余例不同类型、具有我国自主知识产权的新材料，在光催化分解水制氢方面展现了良好潜力。 　　在团队前期氮氧化物设计合成基础上，为解决传统氮化路线氮化动力学慢、氮化产物缺陷密度高等问题，本工作以低功函金属粉末为辅助氮化剂，将金属粉与金属氧化物前驱体进行简单的机械混合，利用氮化过程中金属粉末向金属氧化物的供电子效应，有效促进了金属—氧键的活化，并降低氮原子取代的能垒，从而大幅提升氮化动力学；该创新路线不仅实现了系列金属氮氧化物在低温、短时间内的高效合成，部分抑制了氮氧化物中缺陷的生成，显著提升了金属氮氧化物基光催化剂水分解性能，而且合成了多个以往传统氮化合成路线无法制备的新材料。该低功函金属辅助增强外源阴离子植入策略有望拓展至含硫、含碳等混合阴离子或非氧阴离子半导体的设计合成和开发。 　　上述工作以“Metallic powder promotes nitridation kinetics for facile synthesis of (oxy)nitride photocatalysts”为题，于近日发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。该工作的共同第一作者为我所DNL1621组毕业生鲍云锋博士、博士研究生邹海、博士后杜仕文，以上工作得到了国家科技部、国家自然科学基金等项目资助。

导读 氮化处理工艺应用广泛，但有时由于热处理工艺不正确或操作不当，往往造成产品的各种表面缺陷，影响了产品使用寿命。某氮化处理的工件表面出现了内氧化开裂，使用岛津电子探针EPMA对其进行了分析。 科普小课堂 氮化处理的特点：氮化处理是一种在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。工件进行氮化热处理可显著提高其表面硬度、耐磨性、抗腐蚀性能、抗疲劳性能以及优秀的耐高温特性，而且氮化处理的温度低、工件变形小、适用材料种类多，在生产中有着大规模应用。 氮化处理的原理：传统的气体渗氮是把工件放入密封容器中，通以流动的氨气并加热，氨气热分解产生活性氮原子，不断吸附到工件表面，并扩散渗入表层内，形成不同含氮量的氮化铁以及各种合金氮化物，如氮化铝、氮化铬等，这些氮化物具有很高的硬度、热稳定性和很高的弥散度，从而改变了表层的化学成分和微观组织，获得了优异的表面性能。 裂纹产生的原因是什么？ 电子探针分析氮化后的内氧化裂纹：通过之前的系列，已经了解了超轻元素的测试难点以及岛津电子探针在轻元素和超轻元素分析方面的特点和优势。为了查明氮化工件开裂的问题，使用岛津电子探针EPMA-1720直接对失效件的横截面进行元素的分布表征。 岛津电子探针EPMA-1720 结果显示：裂纹内部主要富集元素C和O，工件表面存在脱碳现象，工件内部存在碳化物沿晶分布，氮化层有梯度地向内扩展趋势。氮化处理前工件是不允许出现脱碳现象的，如前期原材料或前序热处理环节中出现脱碳现象，需要机械加工处理掉。内部的沿晶碳化物会造成晶界结合力的减弱，容易造成沿晶开裂。 表1 表面微裂纹横截面元素C、O、N的分布特征 对另一侧的面分析显示，渗氮处理前，试样表面也存在脱碳层。脱碳层如未全部加工掉，将会致使工件表面脱碳层中含有较高浓度的氮，从而得到较厚的针状或骨状高氮相。具有这种组织形态的渗层，脆性及对裂纹的敏感性都很大。而且在表面也有尖锐的不平整凸起，这些都可能会造成后续工艺中的应力集中导致表面微裂纹。 同时也观察到某些合金元素存在些微的分布不均匀现象，不过这些轻微的成分变化，对性能的影响应该不大。 表2 另一侧面表面微裂纹横截面元素C、Mo、O的分布特征 试样腐蚀后进行金相分析。微观组织显示，近表层存在55~85μm的内部微裂纹，氮化后出现连续的白亮层，白亮氮化层并未在内部裂纹中扩散，所以微裂纹应该出现在表面氮化工艺后的环节。 结论 使用岛津电子探针EPMA-1720对某氮化工件表面微裂纹进行了分析，确认了表面的脱碳现象、基体的碳化物晶界分布、氮化过程中氮的近表面渗透扩展以及微裂纹中氧的扩散现象。工件原材料或工件在氮化前进行调质处理的淬火加热时，都要注意防止产生氧化脱碳；如果工件表面已产生了脱碳，则在调质后氮化前的切削和磨削加工中，须将其去除。同时在氮化工艺前需要加入并做好去应力热处理工艺，否则可能内应力过大造成氮化后的表面缺陷。

近日，中国科学技术大学高敏锐教授课题组设计并研制了一种完全由非贵金属驱动的碱性膜燃料电池(AEMFC)。该电池以Ni3N作为阳极、ZrN作为阴极(图1)，在氢气-氧气和氢气-空气条件下分别展现了256 mW cm-2 和151 mW cm-2的功率密度。相关成果以“Plasma-Assisted Synthesis of Metal Nitrides for an Efficient Platinum-Group-Metal-Free Anion-Exchange-Membrane Fuel Cell”为题发表在在国际知名期刊Nano Letters上。 图1. 等离子体增强化学气相沉积制备的Ni3N和ZrN用于AEMFCs。 　　利用非贵金属来驱动燃料电池将大幅度降低电池成本，摆脱对稀有贵金属资源的依耐。由于非贵金属位点活性低，结构易变性强，导致利用非贵金属驱动AEMFCs面临巨大挑战。近年来，高敏锐课题组致力于非贵金属设计高性能的AEMFC电极催化剂，已取得阶段性进展(Nat. Catal.2022, 5, 993 Angew. Chem. Int. Ed.,2022, 61, e202208040 Nat. Commun.2021, 12:2686)。然而，如何基于非贵金属材料的结构设计和调控，实现其在严苛的电池运行环境下稳定的功率输出仍然是完全非贵金属燃料电池亟需解决的难题。 　　过渡金属氮化物具有导电性优异、电化学稳定性好以及耐腐蚀性强等特性，有望设计高活性、高稳定性AEMFC电催化剂。传统方法制备过渡金属氮化物是使用腐蚀性强的氨气作为氮源，一般会带来环境污染；而且，由于需要使用较高的合成温度，会导致材料烧结，减少催化活性位点。该研究组借助等离子体增强化学气相沉积来将氮气离子化，有效使得惰性的氮气参与反应，制备了高质量的Ni3N和ZrN催化剂。这种方法具有很好的拓展性，可在各自的金属箔上制备晶片级的Ni3N和ZrN层，展现出很好的应用前景 (图2)。 图2. 等离子体增强化学气相沉积法制备高质量的Ni3N和ZrN。 　　研究人员利用旋转圆盘电极系统评估了Ni3N和ZrN在碱性电解质下氢气氧化(HOR)和氧气还原(ORR)性能。结果表明，Ni3N和ZrN分别展现了优异的HOR活性和ORR活性，接近贵金属Pt/C催化剂，并且非常稳定。基于此发现，研究人员将Ni3N和ZrN分别用作阳极和阴极催化剂组装到AEMFC中，在氢气-氧气和氢气-空气下分别获得256 mW cm-2 和151 mW cm-2的功率密度，并能够稳定的工作25个小时性能不衰减 (图3)。这是目前完全非贵金属催化剂驱动的AEMFCs所报道的最佳值之一。 图3. Ni3N和ZrN的电池性能。 　　借助理论计算，研究人员发现氮元素插入到金属晶格的间隙位点中，会优化金属位点的电子结构，使得金属位点的d带中心进一步远离费米能级，从而减弱了Ni3N中的Ni活性位点对H中间体的吸附能，并且使得Ni3N展现出了对OH中间体优异的吸附能力，从而赋予Ni3N优异的碱性HOR活性。此外，N的存在也削弱了ZrN中的Zr活性位点对O中间体的吸附能，使得其接近最优的O吸附能，从而带来优异的碱性ORR活性。 　　论文的共同第一作者为中国科大博士后张晓隆、博士生胡少进和王业华。中国科大高敏锐教授为通讯作者。相关研究受到国家自然科学基金委、国家重点研发计划、安徽省重点研究与开发计划等项目的资助。

欢迎您关注“康宁反应器技术”微信公众号，点击图片报名一、早期药物发现一个自身免疫性疾病的治疗药物发现项目中，2H-吲唑类化合物被鉴定为高效的选择性TLR 7/8拮抗剂。在先导化合物发现阶段，化合物12被确定可进一步进行体内药效实验研究。图1. 微克级样品的合成路线药物的早期发现使得化合物12和作为关键中间体的化合物5（2H-吲唑）的需求迅速增加。项目团队认识到，该微克级的合成路线可能会在进一步批量放大中产生问题。分离不稳定、潜在危险的叠氮化物中间体4及其在热环化为2H-吲唑5的工艺过程中有安全性的隐患。【考虑到连续工艺在处理高活性、不稳定化合物方面具有的优势，从间歇反应切换到连续流工艺的多个驱动因素中，安全性是最重要的一个因素。在需要快速合成化合物的早期临床前阶段，流动化学作为一种新技术可以大大加快开发过程。】二、连续流工艺探讨针对100克及以上规模的合成，团队启动了流动化学的工艺研究，其主要目标是保持反应体积尽可能小，精确控制反应条件，并避免在任何时间内反应混合物中危险且不稳定中间体的积累。1. 间歇式工艺的连续流技术评估图2. 2H-吲唑类化合物5a的三步合成将氨基醛2a转化为叠氮化物4a，间歇式工艺采用了在酸性条件下使用亚硝酸钠的重氮化方案，然后在0°C下添加叠氮化钠。该反应通常在三氟乙酸（TFA）作为酸性介质和溶剂的存在下进行，可以获得高收率的结果，并常规用于小规模合成。【但含有叠氮化物4a的反应混合物形成的悬浊液明显不适合流动化学筛选。而当该反应在水和盐酸的混合物中进行时，观察到明显较低的产率和大量副产物的形成。考虑到下一步反应，叠氮化合物4与氨基哌啶化合物6在Cu(I)催化的热环化反应仍然面临不适合连续流工艺的固体溶解问题。】研究团队首先需要找到合适的反应溶剂和试剂，对这两步反应来说，合适的溶剂既要溶解所有的物料，又要保持高的转化率。其次，作为另一个重点考虑的事项，需要避免叠氮化合物中间体4的分离。2. 叠氮化合物4a生成的连续流工艺开发 1）溶剂的选择研究者首先用亚硝酸叔丁酯和三甲基叠氮硅烷来代替无机物亚硝酸钠和叠氮化钠，但仅得到了20%的转化率。接着，研究者发现利用二氯乙烷和水的两相混合溶剂与三氟乙酸组合，可以将反应体系中的物质完全溶解，并得到了很高的转化率。而其它酸的应用，如乙酸、盐酸、硫酸和四氟硼酸等，仍会造成沉淀的生成或者反应的转化率降低。2）工艺条件筛选对该反应仔细的研究揭示，需当亚硝酸钠完全消耗后再向反应混合物中添加叠氮化钠，如果过早加入叠氮化钠，它将立即被第一反应步骤中剩余的未反应的亚硝酸钠所消耗。图3. 叠氮化合物4a的连续流工艺流程【Entry 3的实验条件连续稳定运行60分钟，可产中间体16g/h，完全满足下游实验的需要。】3. 2H-吲唑5a连续流工艺开发在完成重氮化及叠氮取代的连续流工艺开发之后，研究团队继续研究铜催化环化的连续流工艺。1）间歇式工艺缺陷间歇式反应中，10% mol的氧化亚铜在体系中悬浮性差，不适合用于连续流工艺。对于流动反应而言，80°C下反应90分钟的时间太长，会导致不可接受的低生产率。这种环化反应的收率通常合理的范围在70−80%，研究团队使用LC-MS鉴定了两种主要副产物氨基亚胺8a和氨基醛2a。图4. 2H-吲唑 5a反应路径及副产物确认2）对铜催化剂和配体的筛选研究者发现，在1当量TMEDA存在下，0.1当量的碘化铜可溶于二氯乙烷中。经反应筛选后，研究者确定了流动条件下环化的合适参数。含有0.1当量碘化铜（I）和1当量TMEDA的0.45M 4a 二氯乙烷溶液，在120°C下，在20分钟的停留时间内，完全转化为吲唑5a。使用LC-MS分析反应混合物表明，叠氮化物4a被完全消耗，得到产物5a、氨基醛2a和亚胺8a，其比例分别为91.5%、3.4%和5.1%，与之前使用的间歇式工艺相比，有了显著的改进。3）停留时间及铜盘管催化为了缩短停留时间和提高生产率，研究者在寻求用更具反应性的催化剂代替碘化铜（I）和TMEDA过程中发现，内径为1mm的铜线圈也有效地催化了该环化反应。推断在铜线圈的内表面上形成了少量的氧化铜（I），起到有效催化该反应的作用。图5. 铜盘管反应器催化反应作为概念证明，制备了0.32M的4a溶液，该溶液已与1.2当量的胺6在甲苯中混合，并在120°C下泵送通过铜盘管，停留时间为20分钟。使用色谱法进行处理和纯化后，分离出5.6g吲唑5a，产率为85%，纯度为98%（图5）。4. 重氮-叠氮-环合三步全连续合成2H-吲唑类化合物图6. 2H-吲唑 5b的连续流工艺结果利用上述研究结果，研究者同样进行了类似物5b的连续流工艺开发。与最初使用的间歇合成相比，新的替代连续工艺不仅避免了危险叠氮化物4a和4b的分离，而且为叠氮化物形成和热环化这两个关键步骤提供了更高的纯度和产率。总结报道了三步反应的连续工艺开发，在100克的规模上制备了两个关键的药物中间体2H-吲唑化合物5a和5b。与最初使用的间歇合成相比，新的替代连续工艺不仅避免了危险叠氮化物4a和4b的分离，而且为叠氮化物形成和热环化这两个关键步骤提供了更高的纯度和产率。通过减小反应器的持液体积，避免固体叠氮化合物的分离，并确保精确控制反应参数，特别是反应温度和试剂的比例，改进了工艺的安全性。将两个连续流步骤整合到化合物12的多步合成中导致更安全地制备和处理叠氮化物中间体，并显著促进了高效和选择性TLR 7/8拮抗剂项目的加速开发。随后，连续流工艺从研究部门转移到化学开发部门，仅对工艺进行了少量的修改，便用于制备千克规模的5b。参考文献：Org.Process Res. Dev. 2022,26, 1308−1317

国家“十四五”研发计划已明确将大力支持第三代半导体产业的发展，氮化镓等第三代半导体材料也是支持新基建的核心材料，呈现巨大的潜在市场。目前氮化镓的应用市场分布于LED照明、激光器与探测器方向、5G射频和功率器件等。与国外领先企业相比，国内企业在技术积累上有着较大的差距，但国内企业之间的差距并不明显。通过调研国内18家氮化镓头部企业的研发投入，希望帮助行业人士通过本文了解目前氮化镓上市企业的研发费用情况。综合来看，氮化镓相关企业每年的研发费用最低在千万级，最高高达近30亿元；研发投入相对于营业收入占比，最低在3%以上，最高高达近26%。2020年国内氮化镓相关上市企业研发投入企业名称研发费用/元（单位：RMB）闻泰科技28.02亿三安光电9.3亿安克创新5.68亿华润微5.67亿士兰微4.86亿和而泰2.53亿赛微电子1.96亿华灿光电1.53亿亚光科技1.47亿奥海科技1.44亿易事特1.36亿国星光电1.34亿扬杰科技1.32亿乾照光电9086万捷捷微电7439万京泉华6505万聚灿光电6133万台基股份1283万各家企业简介及2020年研发投入情况如下：1.闻泰科技闻泰科技全资子公司安世半导体是全球知名的半导体IDM公司，总部位于荷兰奈梅亨，产品组合包括二极管、双极性晶体管、模拟和逻辑IC、ESD保护器件、MOSFET器件以及氮化镓场效应晶体管(GaN FET)。在与国际半导体巨头的竞争中，安世在各个细分领域均处于全球领先，其中二极管和晶体管出货量全球第一、逻辑芯片全球第二、ESD保护器件全球第一、功率器件全球第九。安世半导体第三代半导体氮化镓功率器件(GaN FET)广泛应用于电动汽车、数据中心、电信设备、工业自动化和高端电源，特别是在插电式混合动力汽车或纯电动汽车中。目前650V氮化镓（GaN）技术已经通过车规级测试。 2020年闻泰科技研发投入约28.02亿，研发投入总额占营业收入的5.42%。 2.三安光电三安光电主要从事化合物半导体材料与器件的研发与应用，以砷化物、氮化物、磷化物及碳化硅等化合物半导体新材料所涉及的外延片、芯片为核心主业。其中所生产的GaN光电器件——LED、光伏电池应用于照明、显示、背光、农业、医疗、光伏发电等领域；GaN微波射频器件——功率放大器、滤波器、低噪声放大器、射频开关器、混频器、振荡器、单片微波集成电路等应用于移动通信设备和基站、WiFi/蓝牙模组、卫星通信、CATV等；GaN电子电力器件——肖特基势垒二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管、氮化镓场效应晶体管等应用于消费电源快速充电器、家用电器、新能源汽车、不间断电源、光伏/风能电站、智能电网、高速铁路等领域。2020年三安光电研发投入约9.3亿，研发投入总额占营业收入的11%。3.安克创新安克创新主要从事自有品牌的移动设备配件、智能硬件等消费电子产品的自主研发、设计和销售，是全球消费电子行业知名品牌商，产品主要有充电类、无线音频类、智能创新类三大系列。基于持续和巨大的研发投入，公司在各个产品领域形成了丰富且深入的技术积累，如将GaN（氮化镓半导体材料）材料应用在移动电源等相关产品中，在较大程度提高移动电源充电效率的同时降低了产品体积。2020年安克创新研发投入约5.68亿元，研发投入总额占营业收入的6.07%。4.华润微电子华润微电子是中国领先的拥有芯片设计、晶圆制造、封装测试等全产业链一体化经营能力的半导体企业，产品聚焦于功率半导体、智能传感器与智能控制领域，目前公司主营业务可分为产品与方案、制造与服务两大业务板块。公司产品与方案业务板块聚焦于功率半导体、智能传感器与智能控制领域。公司制造与服务业务主要提供半导体开放式晶圆制造、封装测试等服务。此外，公司还提供掩模制造服务。目前在研项目“硅基氮化镓功率器件设计及工艺技术研发”预计总投资规模约2.44亿元，目标完成650V硅基氮化镓器件的研发，建立相应的材料生产、产品设计、晶圆制作和封装测试能力，并应用于智能手机充电器、电动汽车充电器、电脑适配器等领域，达到领先水平。至2020年，该项目累计投入金额约3746亿元，目前自主开发的第一代650V硅基氮化镓Cascode器件静态参数达到国外对标样品水平，产出工程样品，可靠性考核通过。2020年华润微电子研发投入约5.67亿元，研发投入总额占营业收入的8.11%。5.士兰微电子士兰微电子主要产品包括集成电路、半导体分立器件、LED（发光二极管）产品等三大类。经过二十多年的发展，公司已经从一家纯芯片设计公司发展成为目前国内为数不多的以IDM模式（设计与制造一体化）为主要发展模式的综合型半导体产品公司。公司属于半导体行业,公司被国家发展和改革委员会、工业和信息化部等国家部委认定为“国家规划布局内重点软件和集成电路设计企业”，陆续承担了国家科技重大专项“01专项”和“02专项”多个科研专项课题。2020年，公司的硅上GaN化合物功率半导体器件在持续研发中,并获“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”专项约1495万元补助。2020年士兰微电子研发投入约4.86亿元，研发投入总额占营业收入的11.34%。 6.和而泰深圳和而泰子公司铖昌科技主营业务为微波毫米波射频芯片的设计研发、生产和销售。铖昌科技在芯片行业拥有核心技术的自主研发能力，公司产品质量达到了服务于航天、航空的水准。铖昌科技主要产品包括GaN功率放大器芯片、低噪声放大器芯片模拟波束赋形芯片、数控移相器芯片、数控衰减器芯片等，产品应用于我国卫星遥感、卫星导航和通信等领域。2020年深圳和而泰研发投入约2.53亿元，研发投入总额占营业收入的5.41%。7.赛微电子赛微电子现有GaN业务包括外延材料和器件设计两个环节，其中GaN外延材料业务是基于自主掌握的工艺诀窍，根据既定技术参数或客户指定参数，通过MOCVD设备生长并对外销售6-8英寸GaN外延材料。2020年赛微电子研发投入约1.96亿元，研发投入总额占营业收入的25.54%。8.华灿光电华灿光电是全球领先的LED芯片及先进半导体解决方案供应商，主要产品为LED芯片、LED外延片、蓝宝石衬底及第三代半导体化合物氮化镓基电力电子器件。华灿光电十五年聚焦氮化镓材料在LED领域的技术研发，并于2020正式进入氮化镓基电力电子器件领域，产品主要面向移动消费电子终端快速充电器、其他电源设备，云计算大数据服务器中心、通信及汽车应用等领域。2020年华灿光电研发投入约1.53亿元，研发投入总额占营业收入的5.78%。9.亚光科技亚光科技集团系由原太阳鸟游艇股份有限公司在收购成都亚光电子股份有限公司基础上改名而来，太阳鸟为国内领先全材质的游艇、商务艇和特种艇系统方案提供商，连续多年公司复合材料船艇产销量行业领先。2017年9月，上市公司太阳鸟以发行股份的方式完成亚光电子97.38%股权的收购，成为国内体量最大的军用微波射频芯片、元器件、组件和微系统上市公司，是我国军用微波集成电路的主要生产定点厂家之一。在核心射频芯片方面，亚光科技大力扩大芯片研发团队规模，形成设计、封装、测试全流程研发生产能力，集中突破砷化镓/氮化镓射频芯片关键技术，在芯片制造领域与国内流片厂深度合作，打造完整的新型半导体射频芯片产业链，在满足自用的基础上，逐渐扩大对外芯片设计、流片、测试和封装的整体芯片设计外包业务；并以5G/6G射频前端芯片和光通讯芯片为突破口，加快民品芯片设计服务拓展。2020年亚光科技研发投入约1.47亿元，研发投入总额占营业收入的8.10%。10.奥海科技奥海科技主要从事充电器等智能终端充储电产品的设计、研发、制造和销售，产品主要应用于智能手机、平板电脑、智能穿戴设备（智能手表等）、智能家居（电视棒/机顶盒、智能插座、路由器、智能摄像头、智能小家电等）、人工智能设备（智能音箱、智能机器人、智能翻译器等）、动力能源、网络能源等领域。在GaN研发项目上，已经布局了30W、45W、65W产品，GaN充电器方面将布局100W、120W充电器。2020年奥海科技研发投入约1.44亿元，研发投入总额占营业收入的4.87%。11.易事特易事特主要从事5G+智慧电源（5G供电、轨道交通供电、智能供配电、特种电源）、智慧城市&大数据（云计算/边缘计算数据中心、IT基础设施）、智慧能源（光伏发电、储能、充电桩、微电网）三大战略板块业务的研发、生产与销售服务，为广大用户提供高端电源装备、数据中心、充电桩、5G供电、储能、轨道交通智能供电系统、光储充一体化系统等产品及能效解决方案。经过三十一年的发展，现已成全球新能源500强和竞争力百强企业，行业首批国家火炬计划重点高新技术企业、国家技术创新示范企业、国家知识产权示范企业。2020年易事特研发投入约1.36亿元，研发投入总额占营业收入的3.26%。12.国星光电国星光电是集研发、设计、生产和销售中高端半导体发光二极管（LED）及其应用产品为一体的国家高新技术企业，主营业务为研发、生产与销售LED器件及组件产品。公司作为国内LED器件封装的龙头企业，涉足电子及LED行业50余年，产品广泛应用于消费类电子产品、家电产品、计算机、通讯、显示及亮化产品、通用照明、车灯、杀菌净化等领域，技术实力领先，产品精益制造，拥有全面的生产和质量管理认证体系。公司主要产品分为器件类产品（包括显示屏用器件产品、白光器件产品、指示器件产品、非视觉器件产品）、组件类产品（包括显示模块与背光源、Mini背光模组）及LED外延片及芯片（包括各种功率及尺寸的外延片、LED芯片产品），业务涵盖LED产业链上、中、下游产品。2020年国星光电研发投入约1.34亿元，研发投入总额占营业收入的4.09%。“硅基AlGaN垂直结构近紫外大功率LED外延、芯片与封装研究及应用”、“晶圆级GaN纳米阵列生长与紫外探测器芯片研制项目”等获得政府补助。13.扬杰科技扬杰科技专业致力于功率半导体芯片及器件制造、集成电路封装测试等中高端领域的产业发展,主营产品为各类电力电子器件芯片、MOSFET、IGBT及碳化硅SBD、碳化硅JBS、大功率模块、小信号二三极管、功率二极管、整流桥等，产品广泛应用于消费类电子、安防、工控、汽车电子、新能源等诸多领域。“900V耐压GaN基垂直结构功率器件研发及产业化项目”获得政府补助。2020年扬杰科技研发投入约1.32亿元，研发投入总额占营业收入的5.01%。14.乾照光电乾照光电一直从事半导体光电产品的研发、生产和销售业务，主要产品为LED外延片、全色系LED和芯片及砷化镓太阳电池外延片及芯片，为LED产业链上游企业。在氮化镓LED方面，随着南昌生产基地一期的满产，公司全面布局普通照明产品、高压产品、灯丝产品、高光效产品、背光产品、倒装产品、Mini/Micro-LED产品，以及显示屏芯片产品。全新一代的Alioth系列照明产品，采用全新的外延结构设计、芯片结构设计和芯片制程工艺，在产品性能上得到大幅度的提升，凭借较高的性价比，迅速占领市场。2020年厦门乾照光电研发投入约9086万元，研发投入总额占营业收入的6.91%。“通用照明用GaN基材料及LED芯片制造技术改造项目”、“氮化镓基第三代半导体照明用材料及高效白光LED器件产业化项目”等获得政府补助。15.捷捷微电子江苏捷捷微电子是专业从事功率半导体芯片和器件的研发、设计、生产和销售，具备以先进的芯片技术和封装设计、制程及测试为核心竞争力的IDM业务体系为主。公司集功率半导体器件、功率集成电路、新型元件的芯片研发和制造、器件研发和封测、芯片及器件销售和服务为一体的功率（电力）半导体器件制造商和品牌运营商。2021年将加快功率MOSFET、IGBT、碳化硅、氮化镓等新型电力半导体器件的研发和推广，从先进封装、芯片设计等多方面同步切入，快速进入新能源汽车电子（如电机马达和车载电子）、5G核心通信电源模块、智能穿戴、智能监控、光伏、物联网、工业控制和消费类电子等领域。2020年江苏捷捷微电子研发投入约7439万元，研发投入总额占营业收入的7.36%。16.京泉华京泉华专注于电子元器件行业，是一家集磁性元器件、电源类产品的生产及组件灌封、组装技术于一体的解决方案提供者。公司电源产品按照产品特性可分为电源适配器和定制电源两大类，智能电源是定制电源产品系列中的新研发产品。电源具体产品包括：智能电源、氮化镓电源、电源适配器、裸板电源、LED电源、模块电源、医疗电源、工控电源、通信电源、光伏逆变电源、数字电源等多个系列。2020年京泉华研发投入约6505万元，研发投入总额占营业收入的4.95%。17.聚灿光电聚灿光电主要从事化合物光电半导体材料的研发、生产和销售业务，主要产品为GaN基高亮度LED外延片、芯片。与华中科技大学合作承担的“面向高端车用市场的氮化镓基倒装LED芯片研发及其产业化”政府科技项目，通过研发设计芯片版图、开发新工艺，已开发出车用大尺寸倒装芯片，产品性能优异，对占领国产高端芯片市场份额具有重要意义。2020年聚灿光电研发投入约6133万元，研发投入总额占营业收入的4.36%。18.台基股份台基股份专注于功率半导体器件的研发、制造、销售及服务，主要产品为大功率晶闸管、整流管、IGBT、电力半导体模块等功率半导体器件，广泛应用于工业电气控制系统和工业电源设备，包括冶金铸造、电机驱动、电机节能、大功率电源、输变配电、轨道交通、新能源等行业和领域。2020年台基股份研发投入约1283万元，研发投入总额占营业收入的3.30%。结合这18家氮化镓上市企业的研发费用可以看出，近年来国内企业在氮化镓相关领域投入研发资金高达上百亿元，而多数企业在财报中都表明看好未来氮化镓材料在LED照明、激光器与探测器方向、5G射频和功率器件等多个领域的市场前景，纷纷加码布局氮化镓项目。据了解，多家企业不乏获得政府千万级补贴的在研氮化镓项目。这预示着未来几年相关半导体检测仪器市场或将继续快速增长。

【科学背景】随着对层状van der Waals（vdW）材料的研究日益深入，科学家们开始关注由扭曲堆积形成的莫尔纹超晶格。这种现象打破了晶体结构的对称性，引发了科研领域对新颖物理现象的兴趣。在这种超晶格中，层状晶体片之间存在轻微的相对旋转，即扭曲角，其引起的变化可能导致材料性质发生独特的变化。例如，魔角双层和多层石墨烯中观察到了超导性，而在两个略微扭曲的六角硼氮化物（hBN）薄晶片之间的界面上出现了铁电样区域。尽管这些扭曲堆积现象引起了广泛关注，但对于这些材料的力学性质了解还不充分。特别是在vdW陶瓷材料中，尚未有针对扭曲结构对变形性和强度的影响进行深入研究。针对这一问题，燕山大学赵智胜及田永君、陕西理工大学张洋博士合作提出了一种合成方法，通过常规的火花等离子烧结（SPS）和热压烧结制备了具有扭曲层结构的BN陶瓷材料。在制备过程中，他们使用了类似洋葱的BN纳米颗粒作为起始材料，并采取了特定的制备条件来实现所需的扭曲结构。该研究解决了对于vdW陶瓷材料的扭曲结构对变形性和强度的影响的认识不足的问题。通过合成具有三维相互锁定的BN纳米片的扭曲层陶瓷材料，科学家们成功地展示了这种材料具有超高的室温变形性和强度。这一突破为工程陶瓷领域提供了新的可能性，因为通常情况下工程陶瓷的变形性较差，几乎没有塑性。通过将扭曲层结构引入vdW陶瓷材料，研究人员改变了材料的内部结构，从而实现了材料力学性能的显著提高。【科学解读】为了研究洋葱状BN（oBN）前体向六角硼氮化物（hBN）陶瓷的相变过程，并深入了解形成的结构特征，研究者通过图1详细表征了实验结果。在图1a中，研究者通过X射线衍射（XRD）图谱展示了不同SPS条件下制备的块状陶瓷的结构演变。图中的XRD图谱表明，随着烧结温度的升高，oBN前体的宽峰逐渐变窄，同时出现了与hBN类似的衍射线，指示了oBN向hBN样式的层状结构的相变过程。在图1b中，展示了在1,600℃烧结5分钟的陶瓷的显微结构，显示了纳米片的随机取向。通过选择区域电子衍射（SAED）测量，揭示了1,600℃样品与标准hBN晶体学衍射图案存在差异，暗示了一些亚稳态结构的存在。在图1c和图1d中，通过差分相位对比图像和高角度透射电子显微镜（HAADF-STEM）图像，研究者观察到了具有扭曲不同BN纳米片的层状结构。而在图1e中，透射电子显微镜（TEM）图像呈现了莫尔纹超晶格的存在，通过傅里叶变换图案表明了两组衍射斑点之间的旋转角度为27.8°。这些实验结果揭示了在1,600℃条件下烧结的陶瓷中存在着扭曲层结构，与标准hBN相比存在差异，暗示了亚稳态结构的存在。图1. 通过SPS制备的块状陶瓷的XRD图谱和显微结构。图2展示了通过SPS制备的TS-BN陶瓷在室温下具有超高的变形性和强度。在图中研究者进行了工程应力-应变曲线表征，发现TS-BN-I陶瓷在1,600°C烧结5分钟后表现出非凡的工程应变（14%）和强度（626MPa），远远超过了普通hBN陶瓷。通过单个循环压缩试验和多个循环试验，研究者证明了TS-BN-I陶瓷具有持久的塑性变形能力，并且能够在多次载荷-卸载循环中保持完整，这表明了其出色的力学稳定性。耗散能量与单轴压缩应力的对数-对数图显示，TS-BN陶瓷具有非常高的能量耗散能力，在塑性变形阶段的能量耗散甚至超过了商业hBN陶瓷等其他工程陶瓷。这些结果突出了TS-BN陶瓷在室温下具有出色的弹塑性能，表明其在冲击吸收器等应用中的潜在应用前景。TS-BN陶瓷的制备和性能评价为工程陶瓷领域带来了新的突破，为设计和制造具有优异力学性能的陶瓷材料提供了重要参考。图2. 通过SPS制备的TS-BN陶瓷的超高室温变形性和强度。图3展示了TS-BN陶瓷超高变形性和强度的起源。a部分通过计算得出了假想的θ-tBN晶体的滑移能和解理能。结果表明，与hBN相比，引入了扭曲堆叠结构后，滑移能明显降低，而解理能保持不变。这表明了扭曲堆叠对材料变形性能的重要影响。b部分展示了假想θ-tBN晶体的固有变形性因子（Ξ），与hBN相比，θ-tBN晶体的Ξ值提高了两个数量级，甚至超过了已知具有超高室温变形性的其他材料，如Ag2S和InSe。这表明扭曲堆叠结构对材料的变形性能有显著的提升作用。c和d部分展示了在三轴压缩试验中得到的(001)和(100)晶格面的平均差异应力（即强度）。结果显示，TS-BN的强度明显高于hBN。这说明了扭曲堆叠结构在提高陶瓷材料强度方面的重要作用。图3. TS-BN陶瓷超高变形性和强度的起源。图4展示了TS-BN陶瓷的变形模式。a) 断裂表面显示了大量纳米片，这些片被弯曲形成了明显的弯曲结构（白色箭头）。这些弯曲的纳米片表明了在陶瓷断裂过程中发生的弯曲变形。b) DF-STEM图像展示了陶瓷中纳米片的弯曲（白色箭头）和剥离（橙色箭头）。通过剥离面，纳米片被“剥离”成多个片，这显示了纳米片之间的局部剥离现象。c) HAADF-STEM图像表征了弯曲边界的局部缺陷（红色圆圈），表明了陶瓷中存在的一些微观缺陷。d) TEM图像展示了基面原子层之间的ripplocation（箭头）和位错（⊥），这些位错和ripplocation是陶瓷中的变形机制之一。这些观察结果揭示了TS-BN陶瓷的变形机制，包括纳米片的弯曲、剥离以及基面原子层之间的位错和ripplocation。这些变形机制有助于陶瓷在受力过程中保持整体结构的完整性，从而提高了其机械性能和韧性（见图4）。图4. TS-BN陶瓷的变形模式。【科学结论】本文展示了通过调控层状结构中的扭曲堆叠可以显著改变二维材料的物理和力学性质。研究者通过对氮化硼陶瓷的制备和调控，成功地实现了超高的变形能力和强度，这为工程陶瓷领域提供了全新的思路和方法。通过引入扭曲堆叠，陶瓷的变形因子得到显著提高，从而使其具有超出传统材料的变形能力和强度。这为设计和制备具有优异力学性能的新型陶瓷材料提供了新的思路和策略。此外，本文还揭示了纳米结构调控对材料性能的重要性，强调了在材料设计和工程中利用纳米尺度结构调控的潜力。原文详情：Wu, Y., Zhang, Y., Wang, X. et al. Twisted-layer boron nitride ceramic with high deformability and strength. Nature 626, 779–784 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07036-5

催化氢化反应是指还原剂或氢分子等在催化剂的作用下对不饱和化合物的加成反应。它是有机化合物还原方法中最方便、最常用、最重要的方法之一。多相催化氢化反应主要包括碳碳、碳氧、碳氮键等不饱和重键的加氢反应和某些单键发生的裂解反应。被还原的底物和氢一般吸附在催化剂表面，活化后进行反应。多相催化氢化主要有如下优点。①还原范围广、反应活性高、选择性好、速度快：有些反应（如碳碳不饱和键的加氢）应用其他方法比较复杂和困难，而应用催化氢化比较方便；②经济适用：氢气本身价格低廉，成本低，操作方便，对醛酮、硝基及亚硝基化合物都能起还原作用，不需其他任何还原剂和特殊溶剂；③后处理方便、反应条件温和、操作方便：反应完毕后，只需滤去催化剂，蒸发掉溶剂即可得到所需产物，产品纯度、收率都比较高，且干净无污染。因此，多相催化氢化在药物合成中有广泛的应用。01碳碳不饱和键的多相催化氢化1） 烯、炔的多相催化氢化：烯键和炔键均为易于氢化还原的官能团。通常用钯、铂和Raney镍作催化剂，在温和条件下即可反应。除酰胺卤和芳硝基外，分子中存在其他可还原官能团时，均可用氢化法选择性还原炔键和烯键。例如：抗精神病药物匹莫齐特（pimozide）中间体的合成。心血管系统药物艾司洛尔（Esmolol）中间体的合成。肺心病治疗药物樟磺咪芬（Trimetaphan）中间体的合成。一般规律：炔键活性大于烯键，位阻较小的不饱和键活性大于位阻较大的不饱和键，三取代或四取代烯需在较高的温度和压力下方能顺利进行反应。p-2型硼化镍能选择性地还原炔键和末端烯键，而不影响分子中存在的非末端双键，效果较Lindlar催化剂好。p-2型硼化镍在还原多烯类化合物时，不导致烯键异构化，也不导致苄基或烯丙基的氢解。在多相氢化反应中，炔烃、烯烃和芳烃的加氢常得到不同比例的几何异构体。一般认为，吸附在催化剂表面的是作用物分子不饱和结构空间位阻较小的一面，已吸附在催化剂表面的氢分步转移到作用物分子上进行同向加成（syn-addition）。因此，氢化产物的空间构型主要由作用物的空间因素和催化剂的性质两个方面决定。在炔类和环烯烃的加氢产物中，由于同向加成，产物以顺式体为主，但由于向反式体转化更稳定等因素，所以仍有一定量的反式体。雌性激素药雌酮（Estrone）中间体的合成。2）芳香环的多相催化氢化：苯为难于氢化的芳烃，芳稠环（如萘、蒽、菲）的氢化活性大于苯环。取代苯（如苯酚、苯胺）的活性也大于苯，在乙酸中用铂作催化剂时，取代基的活性为ArOhArNh2ArCOOhArCh3。不同的催化剂有不同的活性顺序，用铂、钌催化剂可在较低的温度和压力下氢化，而钯则需较高的温度和压力。如苯甲酸可用铂催化剂在较温和的条件下还原为环己基甲酸。激素药炔诺孕酮（Norgestrel）中间体的合成。某些取代苯选用铑作催化剂，可在较温和的条件下氢化，得到较好的收率。02醛酮的多相催化氢化目前，催化氢化还原是应用最广泛的将羰基还原为羟基的两种还原方法之一。醛和酮的氢化活性通常大于芳环而小于不饱和键，醛比酮更容易氢化。脂肪族醛、酮的氢化活性较芳香醛酮低，通常以Raney镍和铂为催化剂，而钯催化剂的效果较差，且一般需要在较高的温度和压力下还原。例如，由葡萄糖氢化的山梨醇（Sorbiol）。治疗帕金森病的药物左旋多巴（Levodopa）中间体的合成。与脂肪族醛、酮氢化不同，钯是芳香族醛、酮氢化十分有效的催化剂。在加压或酸性条件下，芳香族醛、酮氢化所生成的醇羟基能进一步被氢解，最终得到甲基或亚甲基。氢化法是还原芳酮为烃的有效方法之一。在温和条件下，选用适当活性的Raney镍作为还原剂，可得到醇。03羧酸衍生物的多相催化氢化1）酰卤的多相催化氢化：酰卤与加有活性抑制剂（如硫脲）的钯催化剂或以硫酸钡为载体的钯催化剂，于甲苯或二甲苯中，控制通入氢量略高于理论量，即可使反应停止在醛的阶段，得到收率良好的醛。在此条件下，分子中存在的双键、硝基、卤素、酯基等不受影响，如重要制药中间体三甲氧基苯甲醛的合成。2，6-二甲基吡啶的四氢呋喃可作为钯催化剂的抑制剂。在钯催化下，将氢 通入等当量的酰氯及2，6-二甲基吡啶的四氢呋喃溶液中，在室温下反应，即可以良好的产率得到醛。本法条件温和，特别适用于对热敏感的酰氯的还原。如8-壬酮酰氯用本法还原时，羰基不受影响。2）腈的多相催化氢化：催化氢化法是腈类化合物还原的主要方法。催化氢化还原可在常温下以钯或铂为催化剂，或在加压下以活性镍为还原剂，通常其还原产物中除伯胺外，还有较大量的仲胺，这是所生成的伯胺与反应中间物（亚胺）发生副反应的结果。为了避免生成仲胺的副反应，可以钯、铂或铑为催化剂，并在酸性溶剂中还原，使产物伯胺成为铵盐，从而阻止加成副反应的进行；或以镍为催化剂，在溶剂中加入过量的氨，使不易发生进一步脱氨，从而减少副产物的产生。例如，在抗皮炎药物维生素B6（Vitamin B6）中间体的合成中，一步催化氢化实现了硝基成氨基、氰基成氨甲基、氯被氢解掉等三个基团的转化。04含氮化合物的多相催化氢化1）硝基化合物的多相催化氢化：催化氢化法也是还原硝基化合物的常用方法，其具有价廉、后处理手续简便且无"三废"污染等优点。活性镍、钯、铂等均是最常用的催化剂。通常，使用活性镍时，氢压和温度要求较高，而钯和铂可在较温和的条件下进行。例如抗生素奥沙拉秦（Olsalazine）中间体的合成。由于催化氢化还原活性与催化剂及反应条件有关，因而可根据不同的需要，调节或控制反应活性。例如硝基苯还原，可选择合适的氢化条件，使反应停留在生成苯胲阶段，然后在酸性条件转位得对氨基酚。这是生产制药中间体对氨基酚的最简捷路线。硝基化合物尚可采用转移氢化法还原，常用的供氢体为肼、环己烯、异丙醇等。其中，应用最普遍的是肼。其反应设备及操作均十分简便，只需将硝基化合物与过量的水合肼溶于醇中，然后加入镍、钯等氢化催化剂，在十分温和的条件下，即可完成反应。分子中存在的羧基、氰基、非活化的烯键均可不受影响。2）肟和亚甲胺的多相催化氢化：催化氢化法亦是将肟和亚甲胺还原成伯胺或仲胺的有效方法，在制药工业中已广泛采用，常用的催化剂是镍和钯。抗心律失常药美西律（Mexiletine）中间体的合成。3）叠氮化合物的多相催化氢化：叠氮化合物可被多种还原剂还原生成伯胺。其最常用的方法是催化氢化和用金属氢化物。而在催化氢化法中常用的催化剂是活性镍和钯。例如降压药贝那普利（5）芳杂环类的多相催化氢化某些芳杂环类化合物也可发生多相催化氢化反应。其催化还原活性较苯类芳环大，但比醛酮类化合物小。参考：药物合成反应总结氢化反应在医药、精细化工和其他有机合成中具有非常重要的地位。氢化反应原子利用率很高，同时可以减少后续的分离和纯化过程。但氢气参与的反应在实验室和工业化生产中危险系数极大，难于控制，易造成安全事故，国家安监局把氢化反应纳入18类重点监管危险反应中。现阶段随着连续氢化技术的发展，使用连续氢化反应仪或设备将间歇式氢化反应转化成连续氢化反应，可极大的降低反应风险提高设备及操作的安全性。目前欧世盛连续氢化设备能成功实现双键还原，硝基还原，脱苄基，芳香环还原，氰基还原，氢化脱卤等反应。欧世盛研发出全自动加氢反应仪1：可配高压氢气发生器2：压力温度范围宽，满足绝大多数反应需求0-10Mpa，室温-200oC3：智能化程度高 可视智能控制界面，全自动气液分离4：工艺条件可放大至千吨级

关键词：量子相变 锁相放大器 超导超流态 说明：本篇文章使用赛恩科学仪器OE1022锁相放大器测量【概述】 2022年，南京大学王肖沐教授和施毅教授团队在nature communications发表了一篇题为《Quantum criticality of excitonic Mott metal-insulator transitions in black phosphorus》文章，报道了黑磷中激子Mott金属-绝缘体转变的光谱学和传输现象。通过光激发来不断调控电子-空穴对的相互作用，并利用傅里叶变换光电流谱学作为探针，测量了在不同温度和电子-空穴对密度参数空间下的电子-空穴态的综合相图。 【样品 & 测试】 文章使用锁相放大器OE1022对材料的传输特性进行测量，研究中使用了带有双栅结构(TG,BG)的BP器件，如图1(a)所示，约10纳米厚的BP薄膜被封装在两片六角形硼氮化物（hBN）薄片之间，为了保持整个结构的平整度，使用了少层石墨烯薄片来形成源极、漏极和顶栅接触，以便在传输特性测量中施加恒定的电位移场。图一 (a)典型双栅BP晶体管的示意图。顶栅电压（VTG）和底栅电压（VBG）被施加用于控制样品（DBP）中的载流子密度和电位移场。(b) 干涉仪设置的示意图，其中M1，M2和BS分别代表可移动镜子，静止镜子和分束器。 在实验中，迈克耳孙干涉仪的光程被固定在零。直流光电流直接通过半导体分析仪（PDA FSpro）读取。光电导则采用标准的低频锁相方案测量，即通过Keithley 6221源施加带有直流偏置的11Hz微弱交流激励电压（1毫伏）至样品，然后通过锁相放大器（SSI OE1022）测量对应流经样品的电流。图二(a)在不同激发功率下，综合光电流随温度的变化。100% P = 160 W/cm² 。(b) 在每个激发功率下归一化到最大值的光电流。(c)从传输特性测量中提取的与温度T相关的电阻率指数为函数的相图，作为T和电子-空穴对密度的函数。(d)不同电子-空穴对密度在过渡边界附近的电阻率与温度的关系 【总结】 该文设计了一种带有双栅结构的BP器件，通过测量器件的傅里叶光电流谱和传输特性，观测到从具有明显激子跃迁的光学绝缘体到具有宽吸收带和粒子数反转的金属电子-空穴等离子体相的转变，并且还观察到在Mott相变边界附近，电阻率随温度呈线性关系的奇特金属行为。文章的结果为研究半导体中的强相关物理提供了理想平台，例如研究超导与激子凝聚之间的交叉现象。【文献】 ✽ Binjie Zheng,Yi Shi & Xiaomu Wang et al. " Quantum criticality of excitonic Mott metal-insulator transitions in black phosphorus." nature communications (2022) 【推荐产品】

近日，华南师范大学物理与电信工程学院/广东省量子调控工程与材料重点实验室副研究员朱起忠与香港大学博士翟大伟、教授姚望合作，在单层过渡金属硫化物的激子特性方面取得重要研究进展。他们在理论上提出了基于层内激子产生偏振与轨道角动量锁定的单光子源及其阵列的方案。相关研究发表于国际权威学术期刊Nano Letters。　　单光子源在量子信息和量子通讯中具有重要的应用价值。近些年来，研究人员发现单层过渡金属硫化物（TMD）中的激子可以作为很好的单光子源，具有高度的可集成性和可调控性，并且莫尔周期外势中的激子普遍被认为可以实现单光子源阵列。这引起了研究人员的广泛兴趣和大量研究。　　然而，目前研究的基于TMD的单光子源发出的光子只有偏振自由度，而我们知道光子除了偏振自由度外还有轨道角动量自由度。能否利用TMD中的激子来产生携带轨道角动量以及偏振和轨道角动量纠缠的光子呢？如果可以做到，这将在充分利用TMD中单光子源的优势的基础上提供一个新的产生内部自由度纠缠的单光子源，预期将在领域内引起广泛的兴趣。　　最新研究中，研究人员在考虑TMD层内激子的能谷轨道耦合的基础上，发现通过利用将TMD铺在各项同性的纳米泡上产生的各向同性的应力束缚势，应力外势中的激子本征态具有能谷和轨道角动量纠缠的特性。利用光与激子的耦合理论，他们进一步证明了这样得到的能谷和轨道角动量纠缠的激子可以被携带轨道角动量的光子激发，也可以通过激子复合发出偏振和轨道角动量纠缠的单光子。　　研究组又进一步提出，基于转角氮化硼衬底产生的大周期莫尔外势，TMD中的带电激子在此基础上可以形成发出偏振和轨道角动量纠缠的单光子源的阵列。　　该研究工作提出了基于TMD中的激子产生偏振和轨道角动量纠缠的单光子源及其阵列的一种新方案，对基于TMD的单光子源研究起到了推动作用，具有潜在的应用前景。　　上述研究得到了国家自然科学基金和广东省自然科学基金的支持。华南师范大学硕士研究生张迪为该论文第一作者，朱起忠为通讯作者，华南师范大学为第一单位。

7月3日，商务部联合海关总署发布公告，根据《中华人民共和国出口管制法》《中华人民共和国对外贸易法》《中华人民共和国海关法》有关规定，为维护国家安全和利益，经国务院批准，决定对镓、锗相关物项实施出口管制。根据公告，镓相关物项包括金属镓、氮化镓、氧化镓等8项，锗相关物项包括金属锗、区熔锗锭、磷锗锌等6项。公告显示，该出口管制将于8月1日生效。据了解，镓、锗及其化合物是半导体制造中不可或缺的原材料，而中国生产了全世界90%以上的镓、锗及其化合物。镓的化合物氮化镓是重要的第三代半导体材料，GaN材料相比于 Si 和SiC 具有更高的电子迁移率、饱和电子速度和击穿电场。由于材料上的优势，GaN功率器件可以实现更小的导通电阻和栅极电荷(意味着更优秀的传导和开关性能)。半导体行业是镓最大的消费领域，约占总消费量的80%。锗及化合物用于各种光学仪器，如红外光学，在军事上用途较大，还用于太阳能。中国锗产量占全球锗产量的72%，另外一个产锗大国是俄罗斯，美国也产锗，但内部使用都不够，大量从中国进口。2021年，我国企业成功研制出13N(即99.99999999999%)超高纯锗单晶。公告原文如下：商务部 海关总署公告2023年第23号 关于对镓、锗相关物项实施出口管制的公告【发布单位】安全与管制局【发布文号】商务部公告2023年第23号【发文日期】2023年07月03日根据《中华人民共和国出口管制法》《中华人民共和国对外贸易法》《中华人民共和国海关法》有关规定，为维护国家安全和利益，经国务院批准，决定对镓、锗相关物项实施出口管制。有关事项公告如下：一、满足以下特性的物项，未经许可，不得出口：（一）镓相关物项。1.金属镓（单质）（参考海关商品编号：8110929010、8112929090、8112999000）。2.氮化镓（包括但不限于晶片、粉末、碎料等形态）（参考海关商品编号：2850001901、3818009001、3825690001）。3.氧化镓（包括但不限于多晶、单晶、晶片、外延片、粉末、碎料等形态）（参考海关商品编号：2825909001、3818009002、3825690002）。4.磷化镓（包括但不限于多晶、单晶、晶片、外延片等形态）（参考海关商品编号：2853904030、3818009003、3825690003）。5.砷化镓（包括但不限于多晶、单晶、晶片、外延片、粉末、碎料等形态）（参考海关商品编号：2853909026、3818009004、3825690004）。6.铟镓砷（参考海关商品编号：2853909028、3818009005、3825690005）。7.硒化镓（包括但不限于多晶、单晶、晶片、外延片、粉末、碎料等形态）（参考海关商品编号：2842909024、3818009006、3825690006）。8.锑化镓（包括但不限于多晶、单晶、晶片、外延片、粉末、碎料等形态）（参考海关商品编号：2853909029、3818009007、3825690007）。（二）锗相关物项。1.金属锗（单质，包括但不限于晶体、粉末、碎料等形态）（参考海关商品编号：8112921010、8112921090、8112991000）。2.区熔锗锭（参考海关商品编号：8112921090）。3.磷锗锌（包括但不限于晶体、粉末、碎料等形态）（参考海关商品编号：2853904040、3818009008、3825690008）。4.锗外延生长衬底（参考海关商品编号：8112921090）。5.二氧化锗（参考海关商品编号：2825600002、3818009009、3825690009）。6.四氯化锗（参考海关商品编号：2827399001、3818009010、3825690010）。二、出口经营者应按照相关规定办理出口许可手续，通过省级商务主管部门向商务部提出申请，填写两用物项和技术出口申请表并提交下列文件：（一）出口合同、协议的原件或者与原件一致的复印件、扫描件；（二）拟出口物项的技术说明或者检测报告；（三）最终用户和最终用途证明；（四）进口商和最终用户情况介绍；（五）申请人的法定代表人、主要经营管理人以及经办人的身份证明。三、商务部应当自收到出口申请文件之日起进行审查，或者会同有关部门进行审查，并在法定时限内作出准予或者不予许可的决定。对国家安全有重大影响的本公告所列物项的出口，商务部会同有关部门报国务院批准。四、经审查准予许可的，由商务部颁发两用物项和技术出口许可证件（以下简称出口许可证件）。五、出口许可证件申领和签发程序、特殊情况处理、文件资料保存年限等，依照商务部、海关总署令2005年第29号（《两用物项和技术进出口许可证管理办法》）的相关规定执行。六、出口经营者应当向海关出具出口许可证件，依照《中华人民共和国海关法》的规定办理海关手续，并接受海关监管。海关凭商务部签发的出口许可证件办理验放手续。七、出口经营者未经许可出口、超出许可范围出口或有其他违法情形的，由商务部或者海关等部门依照有关法律法规的规定给予行政处罚。构成犯罪的，依法追究刑事责任。八、本公告自2023年8月1日起正式实施。                                                                     商务部 海关总署                                                                       2023年7月3日

石油及其石化产品，如柴油、汽油、润滑油等，是经济发展的重要能源。无论是在工业、交通还是农业，石油及其石化产品都发挥着至关重要的作用。由中国石油学会石油炼制分会主办的第三届全国石油化工分析测试技术暨第十三届全国石油化工色谱学术报告会将于2023年8月8日至8月12日在山东省烟台市召开。德国元素Elementar将携最新的有机元素分析仪，硫氮分析仪，总有机碳TOC分析仪，红外碳硫仪，稳定同位素比质谱仪以及移动式火花直读光谱仪等解决方案参加此次会议（展台号：27）。有机元素分析解决方案碳氢比可以用来评估石油及其馏分的燃烧性能，较高的碳氢比意味着更多的氢原子，会导致更完全的燃烧和更高的燃烧热值，在炼制过程中，通过调整不同馏分的碳氢比，可以获得更高效的燃料。氮、硫元素分析解决方案在石油化工生产过程中，硫是造成金属设备腐蚀、催化剂中毒、发动机磨损的主要危害源之一。另一方面，石油中控制一定的硫含量或加入一定的硫化物，还可以改善油品的性质，起到提高油品质量的作用。而氮化物是造成油品颜色变暗、产生大量沉渣、储存稳定性变差的主要原因。对油品中的硫、氮元素进行精准测定至关重要。氧元素分析解决方案在油品中氧含量是一个很重要的控制指标,氧含量测定值的高低将直接影响油品的质量。德国元素专有的氧元素分析仪专为油品及溶剂中的氧含量测定而设计。总有机碳TOC分析解决方案石油化工行业的废水主要是石油开采、炼制的过程当中，产生的各种有机物或无机盐等组成的水，这些废水中含有非常多的油、盐以及酚等有害物质，不仅成分复杂，而且排放量大。对废水中总有机碳（TOC）进行精准分析是废水排放的一项重要指标。德国元素作为世界上第一批将高温燃烧技术引入TOC分析的厂家，在TOC 分析方面具有非常丰富的经验积累。红外碳硫分析解决方案催化重整原料主要含有链烷烃和环烷烃等饱和烃，也含有少量芳香烃。一般重整催化剂是双功能型催化剂，即具有金属催化的加氢、脱氢的功能，又具有异构化、裂解等酸性功能。在催化重整反应条件下，所涉及的催化反应主要是链烷烃和环烷烃的转化反应。重整催化剂的再生过程中，再生前后的碳含量是再生效果好坏以及再生手段选择的一个重要判据。移动式火花直读光谱分析解决方案合金钢在石油化工厂的管道和储罐建设当中大量使用。比如，有两类316合金钢在市场中流通和生产。除了316合金钢（W-No.14401），还有一类316L合金钢（W-No.14404）。两种合金钢的区别就在于碳的含量，在牌号上就反应为-对于低碳含量的合金钢增加字母“L。对于管道中各种轻元素和金属元素的测定，移动式火花直读光谱仪是最好选择。稳定同位素比质谱分析解决方案PetrovisION-完整的石油工业稳定同位素分析解决方案稳定同位素分析是油气藏资源储量勘探的关键技术，了解油气藏中石油和天然气的来源是决定勘探可行性和适应性的基本要求。PetrovisION可极大提高投资回报率，具备最短的仪器接触时间和强大的批量数据处理能力。德国元素Elementar 在125年前（1897年），就一直致力于元素分析领域的发展，并于1904年，成功研发并推出第一台元素分析仪。1923年，Fritz Pregl凭借Heraeus（德国元素的前身）分析技术，在微量元素分析基础研究中取得突破性进展，荣获诺贝尔化学奖。作为引领元素分析的技术主导者，德国元素Elementar 历经125年的传承和创新，德国元素研发并推出了满足各个领域分析需求的元素分析仪。以浓厚兴趣与责任为经，以奉献与专一为纬，120多年坚持做一件事 - 元素分析，德国元素Elementar正把他对科技的热诚汇入中国火热的经济发展大潮，为中国的未来，为中国的环境、材料、农业、食品医药等领域的研究发展，贡献自己的力量。

第三代半导体材料主要是以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)等为代表的宽禁带半导体材料。与第一、二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力，更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，通常又被称为宽禁带半导体材料(禁带宽度大于2.3eV)，亦被称为高温半导体材料。从目前第三代半导体材料及器件的研究来看，较为成熟的第三代半导体材料是碳化硅和氮化镓，而氧化锌、金刚石、氮化铝等第三代半导体材料的研究尚属起步阶段。碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)，被行业称为第三代半导体材料的双雄。专利一般是由政府机关或者代表若干国家的区域性组织根据申请而颁发的一种文件，这种文件记载了发明创造的内容，并且在一定时期内产生这样一种法律状态，即获得专利的发明创造在一般情况下他人只有经专利权人许可才能予以实施。在我国，专利分为发明、实用新型和外观设计三种类型。专利文献作为技术信息最有效的载体，囊括了全球90%以上的最新技术情报，相比一般技术刊物所提供的信息早5～6年，而且70%～80%发明创造只通过专利文献公开，并不见诸于其他科技文献，相对于其他文献形式，专利更具有新颖、实用的特征。可见，专利文献是世界上最大的技术信息源，另据实证统计分析，专利文献包含了世界科技技术信息的90%～95%。如此巨大的信息资源远未被人们充分地加以利用。事实上，对企业组织而言，专利是企业的竞争者之间惟一不得不向公众透露而在其他地方都不会透露的某些关键信息的地方。因此，通过对专利信息细致、严密、综合、相关的分析，可以从其中得到大量有用信息。基于此，仪器信息网特统计分析了第三代半导体中氮化镓的专利信息，以期为从业者提供参考。（本文搜集信息源自网络，不完全统计分析仅供读者参考，时间以专利申请日为准）专利申请趋势分析（1994-2020）申请人数量趋势分析（1994-2020）发明人数量趋势分析（1994-2020）本次统计，以“氮化镓”为关键词进行检索，共涉及专利总数量为9740条（含世界知识产权组织254条专利），其中发明专利8270条、实用新型专利1169条和外观专利47条。从统计结果可以看出可以看出，从1994年开始，氮化镓专利数量和专利申请人数量整体呈增长趋势，只在2012-2014年之间和2020年呈下降趋势。这表明氮化镓的研发投入不断增加，相关企业和科研院所数量也在不断增加。从专利发明人数量趋势可以看出，从事氮化镓相关研究的人数也在逐年增加，氮化镓已成为研究热点。申请人专利排行发明人专利量排行那么从事相关研发工作的主要有哪些单位呢？从申请人专利量排行可以看出，在专利申请人申请量排名中，中国科学院半导体研究所的表现最为突出共申请专利314件，三菱电机株式会社（排名第二）与电子科技大学（排名第三）也不甘示弱，分列第二与第三位。具体来看，半导体所的专利主要集中于材料生长、加工工艺等方面；三菱电机的专利主要集中于功率器件制造、半导体装置等方面。在发明人专利量排行中，李鹏的专利量最多，其次为胡加辉、李晋闽等人。李鹏发明的专利主要归华灿光电所属，专利集中于氮化镓发光二极管领域的研究。据了解，华灿光电成立于2005年的华灿光电股份有限公司，是我国领先的半导体技术型企业。目前有张家港、义乌、玉溪三大生产基地。历经十几年的发展，华灿光电已成为国内第二大LED芯片供应商，国内第一大显示屏用LED芯片供应商。2015年收购云南蓝晶，整合LED上游产业资源。专利申请区域统计通过对专利申请区域进行统计能够了解到目前专利技术的布局范围以及技术创新的活跃度，进而分析各区域的竞争激烈程度。从专利申请区域可以看出，氮化镓专利申请主要集中于广东省、江苏省等，这些地区都是半导体产业发达的地区，其在第三代半导体方面的布局也快人一步。值得注意的是，日本企业在国内也有很多专利布局。专利技术分类统计从专利技术分类来看，大部分氮化镓的专利都集中于电学领域。这主要是因为氮化镓是功率器件和射频器件的重要半导体材料，在电力电子、射频芯片等领域都要重要的应用。具体来看，相关研究主要集中于光发射的半导体器件、半导体装置或设备、半导体材料在基片上的沉积等方面。

大家好，本周为大家分享一篇发表在Angew. Chem. Int. Ed.上的文章，A Membrane-Permeable and Immobilized Metal Affinity Chromatography (IMAC) - Enrichable Cross-Linking Reagent to Advance In Vivo Cross-Linking Mass Spectrometry，该文章的通讯作者是德国莱布尼茨分子药理学研究所的Fan Liu教授。交联质谱 (XL-MS) 已被用于在全蛋白质组范围内表征蛋白质的结构和蛋白间相互作用。目前，由于能够穿透完整细胞的交联试剂和富集交联肽的策略的缺乏，体内交联质谱研究的深度远远落后于细胞裂解液的现有应用。为了解决以上限制，本文开发了一种含膦酸盐的交联剂-tBu PhoX，它能够有效地渗透各种生物膜，并且可以通过常规的固定化金属离子亲和色谱 (IMAC) 进行稳定富集。 文章建立了一个基于 tBu-PhoX 的体内 XL-MS 分析流程，在完整的人类细胞中实现了较高的交联识别数目，并大大缩短了分析时间。总的来说，本文开发的交联剂和 XL-MS 分析流程为生命系统的全面交联质谱表征铺平了道路。细胞蛋白质组通过广泛的非共价相互作用网络进行组织，表征蛋白质-蛋白质相互作用 (PPIs) 对于了解细胞的调节机制至关重要。交联质谱 (XL-MS) 是系统研究细胞 PPIs 的一种强有力的方法，在 XL-MS 中，天然蛋白质接触通过交联剂共价捕获，交联剂是一种由间隔臂和两个对特定氨基酸侧链具有反应性的官能团组成的有机小分子，交联样品经过蛋白酶水解后，可以通过基于质谱的肽测序来定位氨基酸之间的交联。由于交联剂具有确定的最大长度，检测到的交联揭示了蛋白质内部或蛋白质之间的氨基酸的最大距离。以上这些信息提供了对蛋白质构象、结构和相互作用网络的见解。虽然最初仅限于纯化的蛋白质组装，但如今 XL-MS 已经可以应用于复杂的生物系统——这是通过开发先进的交联搜索引擎、样品制备策略和交联剂设计而实现的。特别是，已进行的几项全蛋白质组范围的 XL-MS 研究表明，可以通过使用可富集的交联剂来改进交联产物的鉴定，例如，通过添加生物素或叠氮化物/炔烃标记，使得消化混合物中的交联肽段能够基于亲和纯化或点击化学富集。最近，一种基于膦酸的交联剂 PhoX 被引入作为现有生物素或叠氮化物/炔烃标记试剂的高效和特异性替代品。PhoX 可通过固定化金属离子亲和色谱 (IMAC) 实现交联富集，这是一种非常快速和稳健的富集策略。 然而，尽管 PhoX 已被证明可用于从细胞裂解液中进行交联鉴定，但它无法渗透细胞膜，因此不适合体内的 XL-MS检测。基于以上讨论，本文开发了交联剂 tBu-PhoX ，其中，膦酸羟基被叔丁基保护以掩盖负电荷（图 1）。为了检测 tBu-PhoX 的膜通透性，文章交联了各种膜封闭的生物系统，包括人 HEK293T 细胞、从小鼠心脏分离的线粒体和革兰氏阳性枯草芽孢杆菌，并在 SDS-PAGE 上监测了蛋白质条带的变化（图 2）。在SDS-PAGE中，观察到在交联剂浓度为0.5和1.0mM时，蛋白质向更高分子量的浓度依赖性迁移，这表明了有效的膜渗透和交联。相比之下，将 PhoX 应用于完整的 HEK293T 细胞将产生与非交联对照相同的条带模式。图1 tBu-PhoX交联剂图2 PhoX或tBu-PhoX交联HEK293T细胞的SDS-PAGE在证明了 tBu-PhoX 可渗透各种生物膜系统后，文章接下来开发了一种基于 tBu-PhoX 的体内 XL-MS 工作流程，相比于之前的全蛋白质组 XL-MS 策略，该工作流程提高了样品处理和交联富集的速度和效率（图 3）。首先，按照标准蛋白质消化方案将交联蛋白质消化成肽；其次，使用 IMAC 珠对消化混合物进行预清除步骤以去除内源性修饰（特别是磷酸化）；第三，预清除的消化混合物（从 IMAC 流出）在稀释三氟乙酸 (TFA) 溶液中孵育以去除叔丁基并暴露膦酸基团以进行二次 IMAC 富集。第四，使用标准 IMAC 程序丰富交联产物，最后通过 LC-MS 分析以进行交联产物鉴定。图3 与tBu-PhoX进行体内交联和后续样品处理的工作流程接下来，文章优化了体内 XL-MS 工作流程的几个分析参数，以最大限度地提高交联检测的效率。首先，通过使用 IMAC 珠预清除评估了去除磷酸肽的效率；之后，使用 tBu-PhoX 交联完整的 HEK293T 细胞，经酶切成肽后，并应用预清除 IMAC 步骤去除内源性磷酸肽。在去保护步骤之后，利用 IMAC 富集交联，并通过单次 120 min LC-MS 运行测量富集的样品。通过测量 IMAC 洗脱液中磷酸肽和交联产物的数量，发现第二个 IMAC 中只有数百条磷酸肽，而预清除 IMAC 中有 4,128 条磷酸肽，这突出了通过预清除 IMAC 步骤去除磷酸肽的效率。此外，与单阶段 IMAC 结果相比，使用预清除 IMAC 的工作流程鉴定了 22% 以上的交联（1165 对 952 交联），证明了该两阶段工作流程去除干扰修饰肽的好处（图 4A）。其次，文章在肽水平上研究了膦酸盐去保护的功效。使用 tBu-PhoX 制备了体内交联的 HEK293T 样品，并分析了在不同的酸度（TFA 浓度）和孵育时间下，去保护后交联的数量如何变化。结果显示，不同浓度的 TFA 下获得了相似数量的交联。为简化处理（即在接下来的IMAC富集步骤中保持相对较低的样品体积），选择 0.5% TFA 的去保护条件，持续两个小时（图 4B，C）。第三，文章测试了 Orbitrap Tribrid 质谱仪的不同采集参数如何影响交联识别，即在高场非对称波形离子迁移率质谱法 (FAIMS) 中应用的电荷态选择和补偿电压 (CVs)。当考虑电荷状态 +3 和更高时，确定了最多数量的 tBu-PhoX 交联肽（图 4D）。图4 样品处理和LC-MS参数的优化文章将优化参数后的体内 XL-MS 工作流程应用于完整的 HEK293T 细胞。使用 180 min的 LC 梯度和优化后的分析参数，文章从体内 tBu-PhoX 交联的 HEK293T 细胞中获得了 9,547 个交联（图 5A）。基因本体分析表明，交联蛋白参与了广泛的分子功能、生物过程和细胞成分，表明 tBu-PhoX 可以揭示所有细胞区域的 PPIs（图 5A）。另外，文章还考察了完整细胞的体内 XL-MS 是否捕获了与细胞裂解液的 XL-MS 不同的 PPIs。为了验证这一点，从 HEK293T 细胞中制备 tBu-PhoX 交联裂解液，并使用与体内 XL-MS 实验相同的工作流程处理样品。 结果显示，从五个 SEC 部分中确定了 9,393 个交联。这表明 tBu-PhoX 允许以类似的效率进行裂解和体内 XL-MS。比较本文的体内和裂解数据表明，在体内 XL-MS 实验中，蛋白质间交联的数量更高，从而产生了更加相互关联的 PPI 网络（图 5B，C）。这种效应可以通过细胞环境的拥挤来解释，其中蛋白质紧密堆积并参与多种相互作用，这些相互作用被细胞裂解和稀释部分破坏。文章在 8 种选定蛋白质复合物的已知 3D 结构上可视化了 145 个体内检测到的交联（图 5C），另外，还观察到 96.6% 的交联在 35 Å 的最大距离限制内（图 5D），表明此 XL-MS 工作流程对内源性蛋白质复合物的体内结构分析的适用性。最后，文章比较了 tBu-PhoX 与 PhoX 在表征细胞裂解液的 PPI 网络方面的性能。使用与上述 tBu-PhoX 裂解液交联实验相同的交联条件从 HEK293T 细胞制备 PhoX 交联裂解液。为了去除内源性磷酸肽，在单阶段 IMAC 富集之前，用碱性磷酸酶处理消化的肽两小时。使用与 tBu-PhoX 相同的 LC-MS 方法进行 LC-MS 分析。该实验产生了 2,117 个交联，与使用 tBu-PhoX 识别的交联数量（1,942 个交联）相比略高。然而，基于 PhoX 的 XL-MS 流程需要更长的样品制备时间，因为需要进行碱性磷酸酶再处理和之后的额外脱盐步骤。行体内交联综上所述，本文开发并应用了一种新型的、可富集的、用于体内 XL-MS 的膜渗透交联剂 tBu-PhoX。在广泛使用的交联条件下（交联剂浓度为 1-5 mM），tBu-PhoX能够有效地穿透各种生物膜，为完整的细胞器和活细胞提供交联的机会。tBu-PhoX上的叔丁基基团使得高效的两阶段IMAC样品制备方案成为可能；首先，使交联剂对 IMAC 呈惰性，以促进基于 IMAC 快速而彻底地提取不需要的磷酸化肽，然后，通过去除叔丁基暴露膦酸基团，从而有效地二次 IMAC 富集交联剂修饰的肽。通过随后的 SEC 分馏，可以进一步富集交联肽段以进行 LC-MS 分析。XL-MS 在表征生命系统中的蛋白质结构和相互作用方面发挥着越来越重要的作用。为了促进这一发展，迫切需要有效的体内 XL-MS 方法。文章报告的体内 XL-MS 工作流程满足了这一需求，提供了与之前基于裂解液的 XL-MS 研究类似的交联识别能力，但需要的测量时间不到之前报告的十分之一。这一结果突出表明，本文开发并应用的 tBu-PhoX 交联剂和集成样品制备流程为推进体内相互作用组学和结构生物学提供了一种非常有前景的化学方法。

近日，中国科学技术大学龙世兵、孙海定研究团队联合武汉大学刘胜教授团队，以及合肥微尺度国家实验室胡伟研究员、香港城市大学He Jr-Hau教授和澳大利亚国立大学傅岚教授，将分子束外延生长的III族氮化物纳米线与无定型硫化钼材料结合，构筑了新型GaN/MoSx核壳纳米线结构，应用于光电化学光探测领域。通过将氮化镓半导体内光电转化过程与该结构在电解质溶液中的电化学反应过程相交叉，成功在纳米线中观察到光波长控制下的光电流极性翻转现象，实现了不同波长可分辨探测功能。该成果以“Observation of Polarity-Switchable Photoconductivity in III-nitride/MoSx Core-Shell Nanowires”为题发表在Light: Science & Applications，并被选为第 11 期封面文章。III族氮化物纳米线具有良好的导热性，载流子有效质量小、载流子迁移率高、吸收系数高、化学稳定性和热稳定性良好等各种优异特性，被广泛应用于晶体管、激光器、发光二极管、光电探测器和太阳能电池等领域，是现代半导体器件领域的重要组成部分。特别地，由于其独特的一维几何形状和大的比表面积，III族氮化物纳米线表现出许多对应体相材料不存在的独特特性。相比于薄膜结构，纳米线生长不受制于晶格匹配生长规则的约束，完美解决了异质外延生长及集成所面临的困境。同时，在III族氮化物纳米线外延过程中，材料内的应力易得到释放，位错则终止在III族氮化物纳米线的侧壁，有效减少了外延材料中的堆垛层错和穿透位错密度。此外，相较于薄膜结构，纳米线中的低缺陷密度可大幅提高纳米线中施主、受主杂质的掺杂效率，具有高效载流子导电特性。并且，得益于其高晶体质量和大的比表面积，纳米线阵列拥有较高的光提取/吸收效率和较强的光子局域化效应。此外，纳米线结构可以通过有效的应变弛豫来缓和有源区内的极化场，显著降低材料内位错密度和压电极化场，增强了电子和空穴之间的波函数重叠。同时，基于分子束外延自发生长的III族氮化物纳米线表面为氮极性，赋予了其较高的化学稳定性。尽管III族氮化物纳米线有诸多优势，然而，仅依靠其固有的物理和材料特性构筑器件，限制了该类材料功能的进一步拓展。通过将纳米线中的经典半导体物理过程与化学反应过程相结合，有望突破传统III族氮化物纳米线的功能限制，拓展新的应用场景。针对上述问题，中科大孙海定课题组利用分子束外延（MBE）技术所制备的高晶体质量氮化镓（GaN）纳米线，开展了系列研究工作。在构建高性能光电化学光探测器的基础上[Nano Lett., 2021, 21 (1): 120-129 Adv. Funct. Mater., 2021, 31 (29): 2103007 Adv. Funct. Mater., 2022, 2201604 Adv. Opt. Mater., 2021, 9 (4): 2000893 Adv. Opt. Mater., 2022, 2102839 ACS Appl. Nano Mater., 2021, 4 (12): 13938–13946], 通过将光电化学光探测器中载流子的产生、分离及传输过程与电子和空穴在半导体表面/电解液界面处的氧化/还原反应过程相结合，实现了载流子输运过程的有效调制，在该器件中观察到独特的双向光电流现象[Nature Electronics, 2021, 4 (9): 645-652 Adv. Funct. Mater., 2022, 2202524 Adv. Funct. Mater., 2022, 32 (5): 2104515]。上述工作中，实现双向光电流的必要条件之一是利用纳米线表面贵金属修饰策略，改善纳米线表面的载流子分离效率及化学吸附能。如何利用纳米线独特的一维几何形状和大的比表面积特性，将其与其他低成本、易合成的功能材料相结合，是实现对贵金属材料的替代，降低器件制备成本并进一步提升器件多功能特性的关键。与此同时，为了更好分析双向光电流现象的内部机制，需要探索新的表面修饰手段，以保证复合纳米线结构的均一性，稳定性。作为过渡金属硫属化物材料的一员，近年来，无定形硫化钼（a-MoSx）在实现高效能量收集和转换方面受到了广泛关注。由于其独特的由二硫配体桥接的一维（1D）a-MoSx链结构，丰富的表面活性位点可以与周围环境紧密接触，表现出出色的反应活性，可实现高效的电荷转移和传输。更重要的是，在温和的室温条件下，简单的电沉积方法（循环伏安法）即可以轻松合成a-MoSx材料。通过电沉积法，a-MoSx可以直接包裹于纳米线表面上，实现a-MoSx和纳米线之间的高效耦合，有效改善纳米线表面的载流子分离效率及化学吸附能。在此，我们以实现对不同波长的光分辨探测为目标，提出了一种基于在Si衬底上外延生长的p-AlGaN/n-GaN纳米线构建的光电化学光探测器（图1）。图1 基于纳米线的PEC PD的器件结构和工作原理示意图在光电化学光探测器的工作过程中，光电流响应信号的大小由有效参与氧化还原反应的光生载流子的数量决定，光电流的极性（正或负）则由在半导体/电解质界面发生的化学反应的种类决定。换句话说，通过入射光的波长控制在光电化学光电探测器中占主导地位的化学反应种类（氧化反应或还原反应），可以实现光电流极性的翻转。图1展示了光电化学光电探测器中的基本光电极结构和简化的工作原理。由于设计的顶部p-AlGaN层的带隙较大，它对低能光子（例如365 nm光照）是透明的，对光电探测过程没有贡献，只有n-GaN部分吸收光子并且参与氧化反应，光电探测器呈现正光电流。而在254 nm照射下，顶部p-AlGaN和底部n-GaN部分均能吸收高能光子并于半导体/电解质界面发生氧化反应和还原反应。然而，由于纯p-AlGaN/n-GaN纳米线表面的氢吸附能（ΔGH）不适合实现高效的还原反应（换句话说，还原过程很慢），氧化反应过程仍然在净光电流极性中占主导地位。纯p-AlGaN/n-GaN纳米线，在254 nm照明下产生小的光电流。这表明改变纳米线表面的ΔGH是实现双向光电流的关键。为了在不同波长的光照下实现双向光电流响应，我们选择用a-MoSx修饰III族氮化物纳米线以提高还原反应速率。图2在p-AlGaN/n-GaN纳米线的表面可以观察到一层明显壳层，表明III族氮化物核壳结构纳米线的成功制备。图2无定型MoSx修饰的p-AlGaN/n-GaN纳米线的结构表征。（a）SEM.（b）低倍率TEM.（c）高分辨率TEM图像（d）低倍率STEM图像（标尺 = 100 nm），（e）高角环形暗场（HAADF）STEM图像和（f）环形明场（ABF）STEM图像。（g）STEM-EDS 图像和（h）对应位置的线扫描结果为深入理解表面修饰对光探测性能带来的影响，我们通过X射线光电子能谱（XPS）进一步研究了a-MoSx@p-AlGaN/n-GaN纳米线的化学成分和元素间键合情况（图3a,b）。这些结果与之前对[Mo3S13]2-簇的XPS研究一致，证实了a-MoSx被成功修饰在p-AlGaN/n-GaN纳米线上。图3 （a）(b) p-AlGaN/n-GaN纳米线上电沉积a-MoSx壳层的XPS谱。（c）a-MoSx修饰前后的光响应对比。（d）a-MoSx@p-AlGaN/n-GaN纳米线的光谱响应为了进一步评估纳米线的光响应行为，我们构建了光电化学光探测器。由图3c可知，纯p-AlGaN/n-GaN及无定型MoSx修饰后的纳米线均显示出稳定且可重复的开/关光电流循环。纯p-AlGaN/n-GaN纳米线在254 nm或365 nm光照下则均表现为正的光电流响应，这与图1所示的纯p-AlGaN/n-GaN纳米线的工作原理一致。因其对不同光子能量的入射光子有不同的光响应特性，a-MoSx@p-AlGaN/n-GaN纳米线能够通过表现出不同极性的光电流来区分不同的光波段。如图3d所示，光电流信号在255 nm光照下为负，然后当波长超过265 nm时切换为正，证实了其波段可分辨性能。此外，对可见光照射的光响应可以忽略不计，表明器件具有出色的可见光盲特性。同时，我们还深入探讨了该器件的性能可调性，并利用第一性原理计算揭示了a-MoSx修饰实现双向光电流性能的内在机制。

什么是原子层沉积技术原子层沉积技术（ALD）是一种一层一层原子级生长的薄膜制备技术。理想的 ALD 生长过程，通过选择性交替，把不同的前驱体暴露于基片的表面，在表面化学吸附并反应形成沉积薄膜。 20 世纪 60 年代，前苏联的科学家对多层 ALD 涂层工艺之前的技术（与单原子层或双原子层的气相生长和分析相关）进行了研究。后来，芬兰科学家独立开发出一种多循环涂层技术（1974年，由 Tuomo Suntola 教授申请专利）。在俄罗斯，它过去和现在都被称为分子层沉积，而在芬兰，它被称为原子层外延。后来更名为更通用的术语“原子层沉积”，而术语“原子层外延”现在保留用于（高温）外延 ALD。 Part 01.原子层沉积技术基本原理 一个完整的 ALD 生长循环可以分为四个步骤： 1.脉冲第一种前驱体暴露于基片表面，同时在基片表面对第一种前驱体进行化学吸附2.惰性载气吹走剩余的没有反应的前驱体3.脉冲第二种前驱体在表面进行化学反应，得到需要的薄膜材料4.惰性载气吹走剩余的前驱体与反应副产物 原子层沉积（ ALD ）原理图示 涂层的层数（厚度）可以简单地通过设置连续脉冲的数量来确定。蒸气不会在表面上凝结，因为多余的蒸气在前驱体脉冲之间使用氮气吹扫被排出。这意味着每次脉冲后的涂层会自我限制为一个单层，并且允许其以原子精度涂覆复杂的形状。如果是多孔材料，内部的涂层厚度将与其表面相同！因此，ALD 有着越来越广泛的应用。 Part 02. 原子层沉积技术案例展示 原子层沉积通常涉及 4 个步骤的循环，根据需要重复多次以达到所需的涂层厚度。在生长过程中，表面交替暴露于两种互补的化学前驱体。在这种情况下，将每种前驱体单独送入反应器中。 下文以包覆 Al2O3 为例，使用第一前驱体 Al(CH3)3（三甲基铝，TMA）和第二前驱体 H2O 或氧等离子体进行原子层沉积，详细过程如下：反应过程图示 在每个周期中，执行以下步骤： 01 第一前驱体 TMA 的流动，其吸附在表面上的 OH 基团上并与其反应。通过正确选择前驱体和参数，该反应是自限性的。 Al(CH3)3 + OH = O-Al-(CH3)2 + CH4 02使用 N2 吹扫去除剩余的 Al(CH3)3 和 CH4 03第二前驱体（水或氧气）的流动。H2O（热 ALD）或氧等离子体自由基（等离子体 ALD）的反应会氧化表面并去除表面配体。这种反应也是自限性的。 O-Al-(CH3)2 + H2O = O-Al-OH(2) + (O)2-Al-CH3 + CH4 04使用 N2 吹扫去除剩余的 H2O 和 CH4，继续步骤 1。 由于每个曝光步骤，表面位点饱和为一个单层。一旦表面饱和，由于前驱体化学和工艺条件，就不会发生进一步的反应。 为了防止前驱体在表面以外的任何地方发生反应，从而导致化学气相沉积（CVD），必须通过氮气吹扫将各个步骤分开。 Part 03. 原子层沉积技术的优点 由于原子层沉积技术，与表面形成共价键，有时甚至渗透（聚合物），因此具有出色的附着力，具有低缺陷密度，增强了安全性，易于操作且可扩展，无需超高真空等特点，具有以下优点： 厚度可控且均匀通过控制沉积循环次数，可以实现亚纳米级精度的薄膜厚度控制，具有优异的重复性。大面积厚度均匀，甚至超过米尺寸。 涂层表面光滑完美的 3D共形性和 100% 阶梯覆盖：在平坦、内部多孔和颗粒周围样品上形成均匀光滑的涂层，涂层的粗糙度非常低，并且完全遵循基材的曲率。该涂层甚至可以生长在基材上的灰尘颗粒下方，从而防止出现针孔。 ALD 涂层的完美台阶覆盖性 适用多类型材料所有类型的物体都可以进行涂层：晶圆、3D 零件、薄膜卷、多孔材料，甚至是从纳米到米尺寸的粉末。且适用于敏感基材的温和沉积工艺，通常不需要等离子体。 可定制材料特性适用于氧化物、氮化物、金属、半导体等的标准且易于复制的配方，可以通过三明治、异质结构、纳米层压材料、混合氧化物、梯度层和掺杂的数字控制来定制材料特性。 宽工艺窗口，且可批量生产对温度或前驱体剂量变化不敏感，易于批量扩展，可以一次性堆叠和涂覆许多基材，并具有完美的涂层厚度均匀性。

科技部网站消息，2012年8月29日，科技部发展改革委发布“关于印发海水淡化科技发展‘十二五’专项规划的通知”。“十二五”期间，海水淡化装备制造的产值将达到375～500亿元，但依然面临核心设备国产化问题。 　　“规划”中显示，到2030年我国沿海地区年缺水量将达到214亿立方米。依靠科技支撑，海水淡化是解决我国水资源短缺的重要途径和战略选择。“十一五”时期，我国的海水淡化能力以每年近70%的速度增长，截止2011年9月，全国海水淡化总规模已达日产66万吨规模。预计到2015年，我国海水淡化能力可望达到每日220～260万吨，较目前增加3-4倍。 　　随着淡化能力的增加，“十二五”期间，海水淡化装备制造的产值将达到每年75～100亿元，如果将淡化工程运营、供水管网建设等相关产值一并计算，总产值还将成倍增加，产业规模十分显著。 　　海水淡化科技发展“十二五”专项规划明确列出我国面临的机遇和挑战。我国海水淡化整体技术水平与世界先进水平还有较大差距。据统计，我国已经建成的16个万吨级以上的海水淡化工程中，自行建设的仅占25%(4个)。在“十一五”期间取得了部分关键设备国产化成果，但在我国自行建设的工程中，核心设备有相当比例来自国外，如能量回收装置关键设备、反渗透海水淡化膜产品、低温多效蒸馏海水淡化技术等均与国际先进水平有较大差距，存在竞争力明显不足的情况。并且国外公司凭借低价销售、与国内合资建厂等方式，继续抢占我国未来海水淡化市场份额，以期长期保持垄断之势。 　　关键设备制造工艺集成度不高，装备成套化不够，国产化率低，也是目前面临的问题之一。我国从事海水淡化设备制造和工程成套的企业普遍存在创新能力不强，产业规模较小的问题，海水膜组器、能量回收装置和海水高压泵等反渗透关键设备仍需要国外进口；热法海水淡化的核心材料和关键设备，如海水蒸发器、冷凝器及蒸汽喷射器等于世界先进水平也存在较大差距。这些因素严重制约了我国海水淡化技术的产业化过程。 　　此外，大型海水淡化装置加工制造及运行维护的工程实践的缺乏、海水淡化标准体系及政策法规建设相对滞后、巨大的国际竞争压力都成为目前面临的挑战。 　　针对目前取得的面临的挑战以及已经取得的成果，“规划”中明确指出“十二五”期间的海水淡化科技发展指标： 　　此外，“规划”中显示，“十二五”期间，膜法和蒸馏法在未来较长时间内仍将是海水淡化的两个主流工艺，提高单机规模和降低淡化成本是其重要的发展方向。未来海水淡化产业规模在较长时间内仍将处于快速增长期，预计到2015年全球海水淡化市场规模将会达到700～900亿美元，中东地区将是未来20年国际海水淡化市场增长最快的地区。 科技部发展改革委关于印发海水淡化科技发展“十二五”专项规划的通知 　　各省、自治区、直辖市、计划单列市科技厅(委、局)、发展改革委，新疆生产建设兵团科技局、发展改革委，各有关单位： 　　为进一步贯彻落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》，指导和推进全国海水淡化科技发展与创新，支撑海水淡化产业发展，科技部、发展改革委组织编制了《海水淡化科技发展“十二五”专项规划》。现印发你们，请结合本地区、本行业实际情况，做好落实工作。 　　附件：海水淡化科技发展“十二五”专项规划.pdf 　　科学技术部 国家发展和改革委员会 　　2012年8月14日

p 　　可逆锌空气电池具有价格低廉、环境友好和能量密度高(1084Wh kg-1)等优势，在便携式交通工具和能量储存器件应用方面潜力巨大。该电池的核心组分是驱动氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)的双功能催化剂，但存在动力学缓慢及循环稳定性差等问题。因此，发展廉价、高效的双功能催化剂，对于推动可逆锌空气电池的实际应用具有重要意义。 /p p 　　氮化物，如Ni3FeN等，因其独特的电子结构和半金属特性，在电催化氧气还原反应(OER)中，表现出优异的性能。但将Ni3FeN应用于可逆锌空气电池中，面临两个问题：一是氮化物的ORR活性低 二是氮化物的在合成过程(氨气气氛煅烧)中易团聚，难以得到更小尺寸、更多活性位暴露的氮化物，阻碍其OER性能的进一步提升。 /p p 　　近日，中国科学院理化技术研究所超分子光化学研究团队研究员张铁锐课题组采用“一石二鸟”的策略，通过引入钴氮共掺杂碳载体(Co,N-CNF)，有效减轻Ni3FeN在高温合成过程中的团聚问题，从而缩小其尺寸至14nm 同时Co,N-CNF本身具备优良的ORR性能。因此，Ni3FeN/Co,N-CNF复合物的OER性能明显优于贵金属IrO2，ORR性能超过商业化Pt/C，该双功能催化剂可实际应用于可逆锌空气电池，并在高电流密度(50 mA cm-2)下长时间稳定工作。该策略为设计和合成多功能催化剂提供了新思路，可广泛应用于金属空气电池、可充放电式燃料电池、全分解水以及其他能源领域。 /p p 　　研究结果以3D Carbon Nanoframe Scaffold-immobilized Ni3FeN Nanoparticle Electrocatalysts for Rechargeable Zinc-Air Batteries’Cathodes为题发表在Nano Energy上。 /p p 　　研究工作得到科技部国家重点基础研究计划、国家自然科学基金委优秀青年科学基金项目、国家“万人计划”-青年拔尖人才支持计划、中科院战略性先导科技专项(B类)等的支持。 /p p style=" text-align: center " img title=" 1.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/9fe2701e-b381-4d1d-a592-676044849fe8.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong Ni3FeN/Co,N-CNF复合物应用于可逆锌空气电池 /strong /p p & nbsp & nbsp & nbsp 论文链接：3D Carbon Nanoframe Scaffold-immobilized Ni3FeN Nanoparticle & nbsp Electrocatalysts for Rechargeable Zinc-Air Batteries’ Cathodes /p

p & nbsp & nbsp 中国科技大学曾杰教授课题组，对钴基催化剂在二氧化碳加氢反应中的活性物相研究取得重要进展。他们将氮原子引入到钴催化剂中，构筑出氮化钴催化剂，通过原位机理研究发现，钴氮氢是该催化过程中真正的活性物相，是它大幅提高了催化效率。该研究成果近日在线发表在《自然—能源》杂志上。 br/ /p p 　　开发可再生能源、提高能源利用效率是当今世界的重大课题。二氧化碳加氢反应是低碳化学中的重要反应，一方面可以合成化工原料，缓解二氧化碳排放压力，实现碳能源的循环利用 另一方面可以合成甲醇，实现氢资源的储存和利用。 /p p 　　由于二氧化碳的化学惰性，二氧化碳加氢反应需要在高温高压条件下实现，转化工艺中存在能耗过大的问题。在过去几十年里，人们开发出一系列不同策略以提高非贵金属催化剂对二氧化碳加氢反应的活性。但迄今为止，对非贵金属催化剂在二氧化碳加氢反应中的活性物相研究仍处于起步阶段。 /p p 　　曾杰课题组将氮原子引入到钴催化剂中，形成氮化钴催化剂。在二氧化碳加氢催化中，氮化钴催化剂在32个大气压和150摄氏度的条件下，转换频率为同等条件下钴催化剂的64倍。进一步研究表明，在氢气氛围下，氮化钴催化剂上的氮原子会吸附结合氢原子形成钴氮氢这样一种特殊的物相。钴氮氢中的氨基氢原子直接加到二氧化碳分子上，形成甲酸根物种作为中间产物，从而大幅提升二氧化碳加氢反应的活性。 /p p 　　该研究为优化非贵金属催化剂对二氧化碳加氢反应的活性提供了一种简单有效的方式，为今后寻找更廉价、高效的二氧化碳加氢催化剂提供了新思路，对解决能源和环境问题具有积极意义。 /p p br/ /p

英国《工程师》网站近日报道，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员已经研制出了一种廉价的太阳能电池，可以响应几乎所有太阳光谱。科学家称，开发的多波段光电设备是基于砷镓氮化物，这样制成的是一种简单的太阳能电池，很容易制备。 　　在该项目中，研究人员使用了砷镓氮化物，其成分类似于最普通的半导体：砷化镓。据介绍，将砷替换为氮是全光谱太阳能电池的关键一步。经过过去10年的努力，该实验室成功研发了一种频带反交叉模型，用于全光谱太阳能电池的研发。经过多次的试验之后，研究人员确定了最理想的合金组合，并计算出了各种金属在合金中的精确比例。试验证明，利用该方法制备全光谱太阳能电池很简单，使用有机金属化学气相沉积法就行，这是半导体产业最常见的制造技术之一，因此生产成本较低。

内蒙古大学科研团队经过不懈努力，在探索新型电催化二氧化碳还原材料领域取得重要突破。相关成果近日在线发表于国际能源类期刊《先进能源材料》。在“碳中和”的国际大背景下，设计具有高活性和选择性的二氧化碳电还原催化剂具有重要的现实意义和应用前景。当前，金、银、铜、铂等贵金属及其相关材料仍然是人们探索二氧化碳还原电催化剂的热点。然而，贵金属催化剂具有催化活性低、产物选择性差以及析氢效率高等问题。内蒙古大学物理科学与技术学院赵忠龙副教授带领团队，利用第一性原理计算模拟，首次提出了双金属单层电催化剂表面的“双位泛函”机制。该机制能够有效地抑制析氢副反应，并提升将二氧化碳电还原为甲酸产物的活性和选择性。然而，通过实验合成具有超薄壳层的双金属电极，仍然是一个挑战。鉴于此，此次研究利用第一性原理计算模拟方法，首次提出过渡金属碳化物和氮化物可以作为贵金属单层的衬底。在保留“双位泛函”的基础上，这种衬底能够显著提升催化剂的电化学稳定性。实验表明，碳化物和氮化物支撑贵金属单层以及单层团簇催化剂中存在氢—衬底反键相互作用。这种相互作用能够打破吸附氢与二氧化碳还原中间物之间的能量线性关系。此外，研究团队还通过理论模拟预测了一系列具有较高甲酸、甲醇和乙烯等碳氢化合物产物选择性的新型电催化剂，为提升电化学二氧化碳还原性能提供了新思路。