我国科学家破解无机半导体难以弯曲的问题,开辟了一个新型塑性半导体的领域

我国科学家破解了无机半导体难以弯曲的问题,开辟了一个新型塑性半导体的领域。这领域里,无机半导体材料一直有个大难题:性能再好,也脆得容易断,就像个“玻璃心”,没法像有机材料那样弯折。这问题卡死了柔性电子和可穿戴设备的发展。最近,中国科学院上海硅酸盐研究所的一项研究十年磨一剑,给全世界的难题带来了新的“中国方案”。这事还得从一次看似失败的实验说起。大约十年前,史迅研究员团队在研究热电材料时,发现了一种特殊的陶瓷。这种陶瓷不像平常的陶瓷那么脆,不好粉碎和烧结。大家开始觉得这可能是个意外,但史迅和他的同事陈立东院士没轻易放弃,决定搞清楚背后的原理。他们当时在想:柔性电子技术正热门,但用的材料大多是有机半导体,性能不如无机材料好;而无机半导体虽然性能好,却脆得没法用。面对这几年进展缓慢,甚至学生都换了一拨又一拨的困难,团队始终坚持下去。功夫不负有心人,他们最后发现这是硫化银(α-Ag2S),它竟然能在大块材料中保持导电性能同时又具备塑料一样的可塑性。2018年,他们在《自然·材料》杂志上公布了这一发现。 之后在2020年,团队又在《科学》杂志上报道了另一个材料——硒化铟(InSe)单晶也有类似的金属般可塑性。这种材料能被折叠成纸飞机形状也不会断。这些材料在弯曲、拉伸测试中的表现彻底改变了人们对无机半导体力学行为的看法。 史迅团队不仅只是发现了这两种材料,更重要的是他们做了大量工作来证明这不是个别现象。为了回答“这是特例还是普遍规律”,他们建立了一个理论模型来预测哪些无机半导体可能具备可塑性。这个模型考虑了材料的解理能、滑移能垒和杨氏模量三个关键参数。 借助这个模型和高通量计算,团队筛选出了很多潜在的塑性无机半导体材料。这样他们就从偶然发现变成了主动设计创造材料了。 这项研究意义重大:它打破了金属通常软而无机非金属通常脆的传统观念;开辟了一个全新的材料学方向;为解决柔性电子核心材料性能瓶颈提供了新思路。 史迅团队从实验意外发现开始坚持了十年探索最终开辟一个新领域。这个过程体现了基础研究中好奇心和实际需求结合起来的价值。 这项成果获得中国科学院杰出科技成就奖表彰了他们对科学难题的坚持和创新能力。“塑性无机半导体”系列成果证明了中国科学家在前沿领域的实力并为未来产业发展打下了基础。 这表明中国在关键新材料领域从跟跑并跑向更多领域领跑迈进。