晶體學
關注創建者：crest01 創建時間：2021-02-14
晶體學的實例教程
【圖文導讀】
圖1基于二維氧化鋅的超薄壓電電子學晶體管
(a) 具有纖鋅礦結構的超薄氧化鋅結構示意圖
(b) 超薄氧化鋅的側面結構示意圖
(c) 超薄氧化鋅的壓電效應
(d) 基于二維氧化鋅的超薄壓電電子學晶體管的示意圖
圖2 二維超薄氧化鋅的形貌、電學特性和壓電特性的表征
(a) 超薄氧化鋅的AFM掃描圖像
(b) HRTEM圖像
(c) 超薄氧化鋅的電學特性
(d-j) 超薄氧化鋅的壓電特性
圖3 超薄氧化鋅壓電電子學晶體管的電學輸運特性
(a) 超薄氧化鋅壓電電子學晶體管的側面示意圖
(b) 不同壓強下超薄壓電晶體管中載流子的輸運特性
(c) 壓電電子學的原理
(d) 超薄氧化鋅壓電電子學晶體管的電流實時測量
圖4 壓力調控的OR邏輯電路
(a-d) 單獨施加一個力以及對應輸出電流的狀態
(e-f) 同時施加兩個力以及對應輸出電流的狀態
【小結】
研究團隊成功制備了超短溝道的氧化鋅壓電電子學晶體管，首次證實了壓電電子學效應在超短溝道中的有效性，為新型壓電電子學晶體管的研究提供了思路，拓寬了壓電電子學的研究領域，同時也開辟了二維非層狀壓電材料的壓電特性的研究。這項研究成果在智能皮膚、人機界面和納米機電系統等領域具有潛在的廣闊應用前景。
文獻鏈接：Ultrathin Piezotronic Transistors with 2 nm Channel Lengths (ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.8b01957)
展開 有機聚合物電化學晶體管(OECT)因其高跨導、低驅動電壓、水溶液環境兼容的特點在生物/柔性電子學領域展現出廣泛的應用前景。有機電化學晶體管通過引入電解質層取代傳統的絕緣層，利用離子摻雜活性層薄膜實現對有機半導體薄膜載流子濃度的調控，從而可以在較低驅動電壓下獲得較高電流。然而高性能的電化學晶體管需要同時平衡氧化還原化學、薄膜中電子輸運以及離子滲透與傳輸。其中離子的滲透和輸運對于目前大部分高遷移率共軛聚合物都是一個主要問題。因為從傳統場效應晶體管開發的聚合物多是疏水的，不利于水溶性溶液中離子的注入，進而限制了其電化學晶體管的性能。
針對高遷移率共軛聚合物較差的離子滲透和遷移能力問題，遲力峰教授課題組與美國西北大學Tobin Marks課題組合作通過自然誘導的溶液呼吸法構筑系列多孔結構活性層以改善共軛聚合物的離子注入能力，提高電化學晶體管的性能。通過系統對比多孔和致密薄膜的器件性能、電容和開關速率等性質，發現基于多孔結構的疏水性DPPDTT和P3HT薄膜， 可獲得相比均勻致密薄膜更高的跨導和更快的開啟速率。此外，多孔形態同樣可提高親水性聚合物的摻雜程度而得到更高性能的電化學晶體管。圖1和2分別給出了系列聚合物的多孔薄膜形態、結構及其電化學器件性能。
圖1. 本研究用的聚合物分子結構及其多孔結構的SEM、AFM圖 b,e) DPPDTT; c,f) P3HT, d,g) Pg2T-T.
圖2. 基于均勻致密和多孔聚合物薄膜的電化學晶體管器件結構和器件性能對比圖。
展開 在此基礎上，實現了基于纖維狀摩擦電化晶體管邏輯反相器，可用于控制LED的開關狀態（圖4）。
圖4 基于纖維狀摩擦OECT的邏輯反相器?
基于纖維狀摩擦電化晶體管的自供電電子紡織品，可以直接利用TENG織物的摩擦電勢來調節導電聚合物中的摻雜/脫摻雜，首次實現了在電化學晶體管中實現了機械作用和電化學反應的有效結合。這對于智能自供電設備和可穿戴式人機界面領域具有廣闊的應用前景。
論文鏈接：
https://spj.sciencemag.org/journals/research/2021/9840918/
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展開 首先，你要有相應的晶體學方面的知識。這些軟件是為我們處理一些晶體學上的一些問題服務，所以，你不能拋開晶體學去使用軟件。
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高溫XRD隨著溫度升高，峰位為什么會出現左移現象？
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展開 有機電化學晶體管 （organic electrochemical transistor, OECT）能夠將柵極上發生的電化學反應產生的信號通過溝道電流放大，具有廣泛的應用前景。為了制備高性能的OECT器件，發展主要由高分子半導體構成的溝道材料至關重要。到目前為止，以p-型高分子半導體作為溝道材料的OECT已經取得了長足的進步，其μC*（μ：電荷遷移率；C*：體積電容）最高值可達500 F cm?1 V?1 s?1以上。然而，由于缺電子的受體構建單元的缺乏，n-型高分子溝道材料的發展明顯滯后（μC*＜1 F cm?1 V?1 s?1；圖1）。但n-型溝道材料在低能耗的OECT互補電路中充當著重要的角色，因此，開發具有高電子遷移率和強離子摻雜能力的新型的n-型高分子溝道材料對OECT的發展至關重要。
圖1 (a) 文獻中代表性的n-型OECT高分子半導體材料及其器件性能。(b) 本論文所報道的高分子半導體材料及其器件性能。
雙噻吩酰亞胺（BTI）是一種基于拉電子酰亞胺官能團的受體單元，具有溶解性好、平面性高和易化學修飾等優勢。通過分子設計，郭旭崗教授團隊發展了一系列新型BTI衍生物受體單元，并以此為基礎合成了一系列高性能的n-型高分子半導體材料（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 9924–9929；Angew. Chem., Int. Ed. 2017, 56, 15304?15308；J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 6095?6108； Adv. Mater. 2018, 30, 1870071.
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第四，作者還加入了一個各向同性 accommodation 項，用來描述晶界附近非晶體學協調變形的作用。這個處理非常值得重視。很多時候我們做晶體塑性，只把目光放在晶內滑移和孿晶上，卻容易忽略多晶材料中晶粒之間并不是天然完全協調的。Staroselsky 這篇文章清楚地認識到：如果不考慮這部分效應，數值計算中的應力水平會偏高，甚至難以合理匹配實驗。
文章推薦：《Reduced-order representations of crystallographic texture for application to surrogate modelling of austenitic stainless steel》
晶體塑性有限元（CPFE）模型在預測多晶材料宏觀性能與微觀晶體學織構的相互作用中扮演著核心角色 。
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</div><p class="ql-align-justify"><br></p><p class="ql-align-center">圖3增材制造的微觀組織演化預測</p><p>CAFE方法的優勢在于其明確性： 它能夠直觀地可視化晶粒形態、尺寸分布和晶體學取向
Homogenization部分用于選擇所采用的均勻化法則；Crystallite部分用于輸出與所選本構關系無關的晶體學量；Phase部分用于選擇材料的本構關系，包括材料參數的輸入和與所選本構關系相關的晶體學量的輸出；Texture部分用于指定晶粒的取向；Microstructure部分表示材料所采用的微觀組織，主要包括每個晶粒的crystallite，phase和texture。
圖3 單軸拉伸過程應力云圖
圖4 單軸拉伸過程孿晶云圖
通過晶體塑性有限元方法，可以對材料變形過程中的晶體學取向信息進行分析。圖5所示為單軸拉伸過程晶粒歐拉角云圖，其中SDV55、SDV56、SDV57分別對應歐拉角φ1、φ、φ2。
選取面心立方（FCC）結構的Cu作為研究對象，其晶格參數來源于標準的晶體學數據庫，典型的Cu晶格參數為a=b=c=3.615?，α=β=γ=90°，形成高度對稱的立方晶胞結構。為了模擬實際材料中的加載情況，首先需要構建一個足夠大的Cu單晶模型，確保模擬結果能夠反映材料的宏觀行為而不受模型尺寸的限制。
比如SHG BBO晶體，它是由使用兩個不同的坐標系統(晶體學和實驗室坐標系統)來設計的。這兩種不同的坐標系統能夠定義材料正交的特征(見表1)，而且也可定義SHG所需的晶相匹配角22.8° [4]。
模型展示
1、EBSD晶體學取向映射圖導入，用戶可對模型中不同顏色分別指定材料屬性。
2、細觀混凝土(meso concrete)，可以指定混凝土骨料、基體、及界面過渡區（ITZ）材料屬性。
3、基于試件照片實現材料區分，照片進行閾值分割后導入。
隨著近年來EBSD和XRD等表征技術的發展，各種SCI期刊的發文都已離不開對材料晶體學取向的分析。這篇文章介紹晶體塑性有限元仿真過程中的歐拉角與晶體取向。
對于熱腐蝕后的GH4169合金，疲勞裂紋主要從表面的熱腐蝕層萌生，裂紋萌生區周圍形貌較為光滑，未觀察到晶體學解理面。此外，從斷口上可以看出，熱腐蝕層的結構比較松散，由于熱腐蝕層的剝落，在裂紋萌生區的試樣表面形成了凹坑，如圖8(c）中第5幅圖所示。當裂紋穿過熱腐蝕層時，疲勞裂紋擴展特征與原始GH4169合金一致，呈現穿晶擴展，在疲勞裂紋擴展區可以觀察到明顯的疲勞條帶。
