中(zhong)國科學(xue)院化(hua)學(xue)所(suo)在(zai)印(yin)刷制(zhi)備鈣(gai)鈦礦(kuang)單(dan)晶(jing)薄(bo)膜(mo)方(fang)面(mian)取(qu)得重要(yao)進展(zhan)

中(zhong)國科學(xue)院化(hua)學(xue)所(suo)在(zai)印(yin)刷制(zhi)備鈣(gai)鈦礦(kuang)單(dan)晶(jing)薄(bo)膜(mo)方(fang)面(mian)取(qu)得重要(yao)進展(zhan)

鈣(gai)鈦礦(kuang)材(cai)料(liao)具(ju)有(you)優異(yi)的(de)光電性能，近(jin)年(nian)來在(zai)太(tai)陽能電(dian)池、發光二(er)極管(guan)、光電探(tan)測(ce)器(qi)、激光等諸多領域(yu)得到了廣泛(fan)的(de)研究(jiu)。目前(qian)，傳統方(fang)法制備(bei)的(de)鈣(gai)鈦礦(kuang)薄(bo)膜(mo)通(tong)常(chang)為多晶薄(bo)膜(mo)，相(xiang)比鈣(gai)鈦礦(kuang)多(duo)晶(jing)薄(bo)膜(mo)，單晶薄(bo)膜(mo)具(ju)有(you)較低(di)的(de)缺陷(xian)密度(du)、較(jiao)高(gao)的(de)載(zai)流子遷(qian)移率(lv)和(he)擴散長度(du)，在(zai)高(gao)性能鈣(gai)鈦礦(kuang)器(qi)件(jian)中(zhong)有(you)著重(zhong)要(yao)的(de)應(ying)用(yong)前(qian)景。然而(er)由(you)於鈣(gai)鈦礦(kuang)薄(bo)膜(mo)結(jie)晶(jing)過程中(zhong)的(de)隨機(ji)成(cheng)核(he)問題(ti)，尤(you)其(qi)是在(zai)結(jie)晶(jing)過程中(zhong)鈣(gai)鈦礦(kuang)兩(liang)種前(qian)驅體的(de)快(kuai)速(su)反(fan)應(ying)造成(cheng)的(de)不可(ke)控(kong)成(cheng)核(he)，成(cheng)為制備鈣(gai)鈦礦(kuang)單(dan)晶(jing)薄(bo)膜(mo)的(de)巨大挑戰(zhan)。 

　　在(zai)國家(jia)自(zi)然科學(xue)基(ji)金(jin)委、科技(ji)部(bu)和(he)中(zhong)國科學(xue)院的(de)大力支(zhi)持下(xia)，中(zhong)科院(yuan)化(hua)學(xue)所(suo)綠(lv)色(se)印(yin)刷重點實驗(yan)室課(ke)題(ti)組科研人(ren)員(yuan)利(li)用(yong)綠(lv)色(se)納(na)米(mi)印刷技(ji)術，在(zai)控(kong)制印(yin)刷墨滴(di)實(shi)現功(gong)能材(cai)料(liao)精(jing)細圖(tu)案化(hua)（Adv. Mater. 2014, 26, 6950-6958）、打(da)印制備鈣(gai)鈦礦(kuang)單(dan)晶(jing)（Small, 2017, 13, 1603217）和(he)印刷制(zhi)備(bei)鈣(gai)鈦礦(kuang)太(tai)陽能電(dian)池（Adv. Mater. 2017, 29, 1703236）等方(fang)面(mian)開(kai)展(zhan)了(le)壹(yi)系(xi)列廣泛(fan)而深(shen)入(ru)的(de)研究(jiu)。 

　　在(zai)這(zhe)些研究(jiu)的(de)基(ji)礎(chu)上，針對(dui)鈣(gai)鈦礦(kuang)結(jie)晶(jing)過程中(zhong)的(de)隨機(ji)成(cheng)核(he)問題(ti)，綠(lv)色(se)印(yin)刷實驗(yan)室課(ke)題(ti)組的(de)研究(jiu)人員(yuan)創(chuang)新性地(di)將(jiang)打印(yin)制備(bei)的(de)晶種模(mo)板引入(ru)到結(jie)晶(jing)體系(xi)，並提出了壹(yi)種利用(yong)晶(jing)種模(mo)板可(ke)控(kong)印刷(shua)制備鈣(gai)鈦礦(kuang)單(dan)晶(jing)薄(bo)膜(mo)的(de)普適(shi)性方(fang)法（圖(tu)1）。研究(jiu)人員(yuan)首(shou)先通(tong)過(guo)噴(pen)墨(mo)打印的(de)方(fang)法在(zai)疏(shu)水基(ji)材(cai)上制備(bei)了(le)鈣(gai)鈦礦(kuang)晶(jing)種，然後(hou)將(jiang)生長有(you)晶種的(de)模(mo)板覆蓋在(zai)滴(di)有(you)鈣(gai)鈦礦(kuang)飽(bao)和(he)溶液的(de)目標基(ji)材(cai)。研究(jiu)發現(xian)，將(jiang)晶種模(mo)板引入(ru)到結(jie)晶(jing)體系(xi)可(ke)以有(you)效地(di)改變(bian)體系(xi)中(zhong)的(de)前(qian)驅體離子分(fen)布(bu)，並降低(di)結(jie)晶(jing)過程中(zhong)的(de)隨機(ji)成(cheng)核(he)密度(du)，從(cong)而(er)實現鈣(gai)鈦礦(kuang)單(dan)晶(jing)薄(bo)膜(mo)的(de)可控(kong)制(zhi)備(bei)。通(tong)過(guo)調(tiao)控(kong)打印制備晶(jing)種的(de)尺寸(cun)，可(ke)以(yi)實(shi)現對鈣(gai)鈦礦(kuang)單(dan)晶(jing)薄(bo)膜(mo)厚度(du)的(de)有(you)效調(tiao)控(kong)。同(tong)時，由(you)於晶(jing)種模(mo)板的(de)疏(shu)水低(di)粘(zhan)附特(te)性，利用(yong)晶(jing)種模(mo)板可(ke)以(yi)實現(xian)鈣(gai)鈦礦(kuang)單(dan)晶(jing)薄(bo)膜(mo)在(zai)矽片(pian)、玻璃、石英、二(er)維材料(liao)、高分(fen)子薄(bo)膜(mo)等不同(tong)基(ji)材(cai)上的(de)印刷(shua)制(zhi)備(bei)。這種印刷(shua)制(zhi)備的(de)鈣(gai)鈦礦(kuang)單(dan)晶(jing)薄(bo)膜(mo)具(ju)有(you)較高(gao)的(de)結(jie)晶(jing)質量，可(ke)直接用於(yu)光電探(tan)測(ce)器(qi)和(he)圖(tu)像傳感器(qi)等(deng)光電器(qi)件(jian)。該(gai)方(fang)法為鈣(gai)鈦礦(kuang)單(dan)晶(jing)薄(bo)膜(mo)的(de)可控(kong)制(zhi)備(bei)提供(gong)了(le)壹(yi)種新的(de)途(tu)徑(jing)，對印(yin)刷制(zhi)備高性能鈣(gai)鈦礦(kuang)器(qi)件(jian)具(ju)有(you)重要(yao)意(yi)義(yi)。研究(jiu)成(cheng)果(guo)發(fa)表(biao)於(yu)近日的(de)Science Advances, 2018, 4, eaat2390上。 

　　圖(tu)1 鈣(gai)鈦礦(kuang)單(dan)晶(jing)薄(bo)膜(mo)的(de)印刷(shua)制(zhi)備(bei)