无机钙钛矿的成功变形而不损害其功能特性

由城市大学(城大)学者共同领导的研究小组已成功在室温下使全无机钙钛矿变形，且不影响其功能特性。他们的发现证明了此类半导体在未来制造下一代可变形电子和能源系统的潜力。

全无机卤化铅钙钛矿由于其优异的性能和增强的环境稳定性，正在成为能源转换和光电子领域越来越重要的半导体材料。

“然而，与金属材料或聚合物不同，无机半导体通常很脆且难以加工。这严重限制了它们作为光电产品的应用，因为光电产品必须承受机械应力和应变而不丧失其功能。”城市大学协理副校长(内地合作)兼材料科学讲座教授陈福荣教授说。学习。

为了克服这一限制，由陈教授领导的研究团队与材料科学与工程系(MSE)副系主任兼教授何中贤教授、机械工程系(MNE)赵世军教授一起)和前MNE教授、现于大学(HKU)工作的陆阳教授，探索了全无机钙钛矿(CsPbX 3，其中X可以是Cl、Br或I离子)的变形能力。他们发现钙钛矿在室温下可以基本上转变为不同的几何形状，同时保留其功能特性，这是传统无机半导体中前所未有的成就。

在实验中，该团队首先采用气-液-固方法合成了直径和宽度为0.4至2μm、长度为3至10μm的CsPbX 3单晶微柱。然后他们用扫描电子显微镜进行了原位压缩实验。

他们发现，在压缩下，CsPbX 3晶格中的多个滑移系统上存在连续的部分位错滑移。这种“多米诺骨牌”的多次滑移变形机制使微柱能够变形为各种不同的形状而不破裂，包括倒L形、Z形和酒杯形。

借助原子分辨率透射电子显微镜(TEM)，研究小组发现变形区的原子连接良好，功能特性未受损。“我们还观察到，微柱的光电性能并未受到变形的影响，”何教授说。“这证明了这些材料在可变形光电子学中的应用潜力。”

研究小组进行了进一步的电子和结构分析，以揭示这种不寻常行为的物理起源。“变形能力的秘密在于低滑移能垒，它确保了轻松的滑移，以及强大的 Pb-X 键，它保持了晶体的结构完整性并防止破裂或解理，”专门研究晶体的赵世军教授说。计算材料的特性。他补充说，CsPbX 3晶格的带隙(影响本征半导体总体电性能的能量指数)在变形后保持不变，这表明材料的电子结构未受影响。

陈教授说：“我们的结果表明，全无机CsPbX 3单晶可以在环境条件下通过多次滑移而显着变形并轻松变形为各种形状，而不改变其晶体完整性、晶格结构或光电特性。”

“这一成就代表了设计和制造创新能源设备和可变形电子产品的重要一步。TEM 在原子水平上揭示的潜在机制为寻找其他本征延展性半导体提供了重要的启示。”他补充道。

该研究结果发表在《自然材料》杂志上，标题为“Multislip-enabled morphing of all-inorganic perovskites”。

第一作者为MSE系博士后李晓翠博士、孟友博士和李万鹏博士。通讯作者为大学陈教授、何教授、赵教授和卢教授。其他合作者是城大和浙江大学的研究人员。

该研究得到研究资助局(RGC)、城大以及国家自然科学基金委员会/研究资助局联合研究计划的支持。