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近日，上海交通大学物理与天文学院史志文教授、梁齐教授与合作者在《Science》上发表题为“Homochiral carbon nanotube van der Waals crystals”的研究论文，论文以First Release的形式在Science网站提前在线发表。该研究开发了一种制备碳纳米管阵列的全新方法，成功实现了单一手性平行密排碳纳米管阵列的直接生长，首次得到了碳纳米管范德华晶体结构，并演示了所制备的碳纳米管阵列可用于制造高性能场效应晶体管器件。

研究显示，通过催化化学气相沉积（CVD）方法在hBN基底上生长SWNT阵列，达到了高对准和手性一致性。分子动力学模拟结果表明，这种自组装生长机制主要由SWNT之间的范德华吸引力以及SWNT在原子平滑hBN基底上的超低滑动摩擦力驱动。由所生长的SWNT阵列制作的场效应晶体管（FET）在室温下表现出极高的性能，迁移率高达每伏每秒2000平方厘米，开关比达到10^7，最大电流密度约为每微米6毫安。

单壁碳纳米管（SWNT）因其超高载流子迁移率、优异的热导率和纳米级尺寸，是下一代电子材料的有力候选者。本研究通过在hBN基底上直接生长二维（2D）密集排列的SWNT阵列的方法，解决了传统CVD方法中的手性选择性、去除组装后表面活性剂和聚合物以及减少阵列对准中的捆绑和无序等方面的挑战。

图：密集排列的SWNT二维阵列结构。（A,B,C,D）AFM图像（E）SWNT示意图 (F) SWNT横截面STEM图像

近日，华东理工大学材料学院清洁能源材料与器件团队侯宇教授、杨双教授等在《Science》发表了题为“Graphene-polymer reinforcement of perovskite lattices for durable solar cells”的最新研究成果。该研究发现了钙钛矿光伏不稳定性的关键机制——光机械诱导分解效应，提出石墨烯-聚合物机械增强钙钛矿材料的新方法，制备的太阳能电池器件在标准太阳光照及高温下的T97工作寿命创下3670小时新纪录，该研究成果将为钙钛矿太阳电池的产业化应用提供全新解决方案。

该研究揭示了在电场、温度和光照的作用下，钙钛矿薄膜的晶格变形和结构演变是限制太阳能电池操作耐久性的主要原因。研究团队通过在钙钛矿薄膜中引入石墨烯和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）增强界面，显著提高了薄膜的硬度和模量。具体来说，单层石墨烯和PMMA的协同效应可以减少光致晶格膨胀，并将变形率从0.31%减少到0.08%。这种方法不仅最大限度地减少了由于晶格动态演变引起的结构损伤，还物理地保护了薄膜，阻止了移动物质的横向扩散。

实验结果表明，在90℃、AM 1.5 G全光谱光照下，包含石墨烯-PMMA界面的太阳能电池在最大功率点跟踪操作3670小时后，仍保持超过97%初始光电转换效率。这一显著的耐久性展示了该机械增强钙钛矿太阳能电池在工业化大规模应用中的巨大潜力。

图：单层石墨烯-钙钛矿异质结的制备。(A) 光照诱发钙钛矿晶体转变 （B）转移过程示意图 (C) 扫描电镜图（D）拉曼光谱图 (E) 拉曼相图 (F) 石墨烯-聚合物耦合界面横截面示意图和透射电镜图 （G）高分辨透射电镜图 （H）HADDF图和相应的元素面分布图