晶體學的案例
中科院北京納米能源所王中林團隊：超短溝道的壓電電子學晶體管
【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(tài)
(e-f) 同時施加兩個力以及對應輸出電流的狀態(tài)
【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(tǒng)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 蘇大遲力峰教授和美國西北大學Facchetti、Marks教授合作AM：在電化學晶體管領域取得進展
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(huán)境兼容的特點在生物/柔性電子學領域展現(xiàn)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(tǒng)的絕緣層，利用離子摻雜活性層薄膜實現(xiàn)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(tǒng)場效應晶體管開發(fā)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(tǒng)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(fā)現(xiàn)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(tài)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(tài)、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 中科院納米能源所孫其君課題組：面向智能織物的纖維基摩擦電化學晶體管
在此基礎上，實現(xiàn)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(tài)（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(jié)導電聚合物中的摻雜/脫摻雜，首次實現(xiàn)了在電化學晶體管中實現(xiàn)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/
相關進展
復旦大學彭慧勝/孫雪梅團隊：可植入纖維有機電化學晶體管
高拉伸性纖維素基復合導電水凝膠應用于多項傳感性能及納米摩擦發(fā)電機
中科院納米能源所王中林院士團隊：纖維/織物基壓電和摩擦電納米發(fā)電機應用于可穿戴電子和人工智能系統(tǒng)
美國塔夫茨大學研究人員用亞麻纖維“織成”晶體管
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展開 一文讀懂X射線多晶衍射（XRD）測試常見問題
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。
有了一些必要的晶體學知識之后，你再去學習 使用這些軟件，這樣你才能看懂 help 里的內容。對于你現(xiàn)在所講的這個晶胞體積的問題， 實際上也就是晶胞參數(shù)精確測定的問題，因為晶胞參數(shù)精確測定了之后，晶胞體積自然就知道了。
有什么軟件能根據(jù)分數(shù)坐標畫出晶體的空間結構？就是有八面體或者四面體的那種。
根據(jù)晶體的結構結構數(shù)據(jù)，用 diamond 或 atoms 等專業(yè)的晶體結構繪圖軟件便可畫出晶體的空間結構。
當一個譜圖中出現(xiàn)多個物相時，怎么區(qū)分出來？如果有部分峰找不到對應的物相怎么解釋？
可以用軟件直接區(qū)分。找不到物相有兩個原因，一是數(shù)據(jù)庫不夠新，這種物質在數(shù)據(jù)庫里面沒有，需要用更新的數(shù)據(jù)庫來搜索；二是合成了新物質，現(xiàn)在還沒有收錄到數(shù)據(jù)庫里面，所以定性找不到對應物質。
高溫XRD隨著溫度升高，峰位為什么會出現(xiàn)左移現(xiàn)象？
隨溫度升高使衍射峰左移，這是因為一般材料都是正膨脹系數(shù)材料，即隨溫度升高而膨脹。
展開 
南科大郭旭崗教授團隊Angew：基于并雙噻吩酰亞胺二聚體高分子半導體的高性能n-型有機電化學晶體管
有機電化學晶體管 （organic electrochemical transistor, OECT）能夠將柵極上發(fā)生的電化學反應產(chǎn)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(fā)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(jīng)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(fā)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(fā)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(fā)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(yōu)勢。通過分子設計，郭旭崗教授團隊發(fā)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.
展開 學習半導體物理需要哪些基礎知識？
最近在知乎上，也有好幾位讀者和我交流，想知道半導體物理開頭的部分要怎么學。
本來這篇想等慢慢理清楚再寫，又怕一等就遙遙無期，無論寫得怎樣，先寫出來。
如有錯誤，懇請指出！可以在知乎評論區(qū)討論。
【圖1. 尋找方向】
學習半導體物理，需要一些其他科目的基礎，劉恩科老師的《半導體物理學》前兩章就是在介紹這些基礎知識。
但沒有系統(tǒng)學過相關課程的同學，可能會覺得眼花繚亂：
一會晶格，一會能帶，突然去解薛定諤方程，講到雜質又跳回了晶格。
接下來我?guī)Т蠹沂崂硪幌拢譃橐韵虏糠郑?一、整體介紹
二、晶體學知識
三、量子力學知識
四、其他固體物理知識
五、固體物理資料分享
一、整體介紹
一般來說（先不考慮準晶、非晶態(tài)半導體等特例），固體可以分為晶體和非晶，晶體又可以分為導體、半導體、絕緣體。
【圖2. 從固體到半導體】
劉恩科老師的《半導體物理學》這本書，主要是在講晶體中的半導體，可以看到，研究的是一個比較細分的領域。
有一門專門研究固體的課程叫固體物理，半導體物理是對固體物理細分方向的進一步闡述。
所以，學習半導體物理，必然涉及到固體物理的知識。
【圖3. 從固體物理到半導體物理】
固體是依據(jù)什么劃分為晶體和非晶的呢？這個需要晶體學的知識。
晶體又是依據(jù)什么劃分為導體、半導體、絕緣體的呢？這需要能帶理論，而能帶理論是由量子力學得出的。
所以學習固體物理時，又涉及到晶體學和和量子力學相關的知識。
雖然《半導體物理學》開頭對基礎知識進行了介紹，但確實涉及到太多領域，沒學過相關課程的同學，開始時感到困難也很正常。
展開 晶體建模digimat
相較之于MATLAB和abaqus其他插件構建二維和三維的晶體結構，digimat具有GUI界面，關于晶體的晶體學方向以及晶格大小都可根據(jù)用戶實際使用材料進行定制，且界面友好，結果相對準確，希望對晶體學研究的人員提供幫助，官方網(wǎng)站上還有鋁合金的相關建模；現(xiàn)將相關安裝包和證書以及案例奉上
digimat.7z
digimat證書.7z
digimat實例模型.7z
（個人觀點，如對同行造成冒犯或者其他，由于不做商業(yè)用途請勿追究）
太原理工《JPS》：晶體取向對于鎂陽極電化學和放電性能的影響！
然而，晶體取向對鎂陽極材料放電行為的影響尚不清楚
。目前為止，許多研究都聚焦于晶體取向的變化對開路電位下鎂合金電化學行為的影響。研究結果表明：非基面取向晶粒由于具有低的結合能和高的表面能，溶解速度增加。但是，基于開路電位下的腐蝕速率來評估鎂陽極在陽極極化放電時的實時自腐蝕速率是不可取的。此外，鎂陽極在陽極極化過程中晶體取向與實時自腐蝕之間的關系尚不清楚。因此，我們有必要進行更詳細和系統(tǒng)的工作來澄清這個問題。
為了聚焦晶體取向對于鎂陽極材料的電化學和放電行為的影響研究，研究者對微觀組織進行了精心設計，制備了一種新型擠壓態(tài)Mg-0.5Sn-0.5Zn-0.5Ca (wt. %)合金，保證晶粒尺寸、第二相以及位錯密度相似的前提下，選擇擠壓合金的縱截面(LS)和橫截面(TS)來獲取不同的晶體取向，并研究不同晶體取向對鎂陽極材料的電化學行為和放電性能的影響。
展開 硅酸鹽晶體成核—用于模擬結晶動力學的隱式玻璃模型
預測玻璃-陶瓷材料中的晶體成核行為對于構造新材料十分重要。由于成核和生長過程十分復雜，模擬晶體微結構演變，著實是一種挑戰(zhàn)。
來自美國康寧公司、賓州州立大學和阿貢國家實驗室的跨學科團隊，發(fā)展了隱式玻璃模型（IGM），其采用廣義Born模型，用連續(xù)介質等效地替換了玻璃，使得模擬可以集中于研究原子生長團簇以及可作為異相成核位點的未溶解雜質的演變過程。他們將IGM模型應用于幾種不同的系統(tǒng)，即二元硅酸鋇、二元硅酸鋰和三元鈉鈣硅酸鹽，并基于已有相圖驗證了他們模擬得到的化合物。此外，他們還預測了偏硅酸鋰的形核團簇，并用SEM觀察了成核的結構，發(fā)現(xiàn)模擬得到的結構與實驗測量結果相符，從而證明了IGM模型用于晶體形核模擬的有效性。該文近期發(fā)表于npj Computational Materials4:59(2018)。
該文近期發(fā)表于npj Computational Materials 4: 59 (2018)，英文標題與摘要如下，點擊左下角“閱讀原文”可以自由獲取論文PDF。
Implicit glass model for simulation of crystal nucleation for glass-ceramics
Matthew E. McKenzie, Sushmit Goyal, Troy Loeffler, Ling Cai, Indrajit Dutta, David E. Baker & John C.
展開 materials today綜述：形狀記憶合金的相變條件與超相容性
James和德國基爾大學Eckhard Quandt（共同通訊）作者等人，列出了控制形狀記憶合金相變可逆性條件：晶體相容性，晶粒尺寸和沉淀。研究表明，如果滿足這三個條件，就可能獲得極好的抗功能疲勞性和低滯后性的合金。然而，其中一個或多個條件稍微欠缺，仍具有顯著的功能疲勞。相關成果以“Phase engineering and supercompatibility of shape memory alloys”為題發(fā)表在materials today上。
【圖文導讀】
圖 1 i-Ni-X-Y合金的滯后與λ2曲線圖
（a）Ti-Ni-X-Y合金的滯后與λ2曲線圖；
（b）是（a）中λ2= 1附近的圖的放大圖。
圖 2 馬氏體晶體學理論中輔助因子條件的含義
（a）對于給定的雙系統(tǒng)，沒有晶體學理論的解決方案；
（b）可逆馬氏體滿足的雙系統(tǒng)4種解決方案的一般情況；
（c）情況λ2= 1，（d）滿足輔助因子條件的情況。
圖 3 合金的立方-正交系統(tǒng)中的輔助因子條件
合金分別為：Ti54.7Ni30.7Cu12.3Co2.3（λ2= 1.00083），TiNiCuPd（λ2= 1.00088），Ti50Ni40.75Pd9.25（λ2= 1.0002），Ti54Ni34Cu12（λ2= 0.9905），Ti79Nb21（λ2= 1）和Ti79Ta21（λ2= 1）。
展開 Damask 2.0.3聯(lián)合abaqus進行晶體塑性有限元模擬的簡單介紹
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(shù)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。一般情況下由于晶粒數(shù)目較多，Microstructure部分和Texture部分較長，為了增強代碼的可讀性，通常將Microstructure部分和Texture部分單獨生成為兩個配置文件。這部分內容在官網(wǎng)中有詳細介紹（https://damask2.mpie.de/bin/view/Documentation/MaterialConfig.html），這里不再過多說明。
至此，我們就準備好了所需要的abaqus_v6.env，inp文件和material.config，在inp文件中添加邊界條件，這里采用EasyPBC施加了一個單軸拉伸的位移邊界條件，如下圖所示：
運行作業(yè)時在終端輸入：
abaqus job=JiaHe1 user=/home/cpfem/damask-2.0.3/src/DAMASK_abaqus.f interactive
即可運行作業(yè)，可以通過.sta文件查看作業(yè)進程。以下是計算結果：應力云圖（Pa）和力位移曲線，本例的所有計算文件附在文末。
展開 
最新《Science》：出乎意料！發(fā)現(xiàn)多晶金屬的晶界速度和曲率不相關
圖3 平均速度作為晶體參數(shù)的函數(shù)。
圖4 Σ3和Σ7晶粒邊界的選定屬性。
鑒于Ni、Cu、Al和Au的邊界性質是高度相關的，該觀察結果也可能適用于其他具有面心立方結構的技術上重要的金屬。晶界速度與平均曲率不相關的發(fā)現(xiàn)表明，對于多晶體，傳統(tǒng)的關于晶界遷移的基本假設是不正確的。因此，基于這一假設的模型存在潛在的缺陷。這可能解釋了在觀測和模擬之間逐粒比較的少數(shù)情況下，這些模型無法預測微觀結構級別的細節(jié)。該發(fā)現(xiàn)表明，需要一個新的晶界遷移模型來預測微觀組織演化。新模型的一個必要條件是它包括了晶界晶體學，這里顯示了它對晶界遷移動力學的影響。
Acta Mater. 馬氏體沉淀強化不銹鋼中納米相析出演變機理及其強化行為
在該文章中研究人員采用HRTEM、APT等手段分析了富Cu相、NMSN相(Ni16Si7(MnNb)6)以及富Cr區(qū)的析出次序，明確了富Cu相、NMSN相與基體的晶體學關系，闡明了9R結構富Cu相為NMSN相的形成所提供的晶體學條件。
Abaqus圖像轉模型插件：Image To Part 2D- AbyssFish ￥1298
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(qū)（ITZ）材料屬性。
3、基于試件照片實現(xiàn)材料區(qū)分，照片進行閾值分割后導入。
4、彩色圖像進行顏色精簡后導入，并手動調整模型的材料顏色顯示。
5、多相材料（multi-phase material）模型的建立。
6、多孔結構（porous structure）模型，導入后手動建立網(wǎng)格部件，并刪除白色部分單元集。
使用演示
在進行圖像導入時，一般需要對圖像進行預處理操作，通過限定顏色的數(shù)量等方式來控制的模型中材料的種類。下面分別演示Photoshop對圖像預處理前后的導入效果。
這里以LOGO圖像為例，直接進行導入后生成的部件材料種類為四千多種。
通過Photoshop進行圖像預處理，將圖像中的顏色限定為六種。
將處理后的圖像導入Abaqus，材料種類將減少為六種。數(shù)量較少的空材料方便進行手動編輯處理。
說明提醒
插件可運行在Windows7、8、10、11系統(tǒng)上，支持Abaqus2018~2024及以上版本。
插件需要注冊，售價為單機許可的價格，購買后請聯(lián)系QQ：1135122921獲取許可證。
展開 晶體塑性每日文章推薦（四）
GB性質（不透明、部分透明或透明）的影響導致更高的局部應力，以適應隨著GB不透明性的增加而在邊界中施加的均勻變形，然而，晶界處位錯堆積和應力集中的大小取決于晶體學滑移和邊界條件的細節(jié)，這是通過比較單滑移和雙滑移取向的理想化雙晶來證明的。單滑移取向的雙晶可以很容易地通過邊界進行滑移傳輸，使邊界更類似于透明條件。相反，當兩個SS在兩個晶粒中具有相似的激活潛力，但只有一對對齊時，對齊的滑移系統(tǒng)對上的應變更高，但潛在硬化的影響導致邊界變得幾乎與完全不透明的邊界一樣不透明。因此，滑移轉移的條件敏感地取決于附近運行的有效SS的數(shù)量。這一結果表明，大多數(shù)邊界將導致幾乎不透明的條件，而一些邊界將是部分透明的。
作者的研究思路
一。根據(jù)實驗觀測到晶粒之間滑移帶之間的差異，修改經(jīng)典KM模型考慮晶界處的位錯塞積和傳遞
實驗觀測
模型修改
主要修改模型的硬化部分
這里db表示距離晶界的距離，通過修改該項引入晶界處的高位錯存儲，晶界的Luster-Morris 參數(shù)計算為
二，基于實驗和和修改的本構模擬對不同取向差的雙晶進行研究，其中實驗對應單晶的施密特因子和晶界的穿透程度，數(shù)值模型及結果如下圖
三，在此基礎上研究了周期性邊界條件對變形的影響。發(fā)現(xiàn)GB性質（不透明、部分透明或透明）的影響導致更高的局部應力，以適應隨著GB不透明性的增加而在邊界中施加的均勻變形，相關結果可以參考原始文獻
這類模型可以在之前推薦文獻的程序中進行簡單修改實現(xiàn)，即加入晶界處的位錯存儲一項，但需計算Luster Morris參數(shù)，評估晶界的位錯輸運能力
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