【儀表網 研發快訊】近日，上海科技大學物質科學與技術學院于奕課題組與比利時安特衛普大學、美國普渡大學科研團隊合作，在輻照敏感材料的電子顯微成像研究中取得突破性進展，利用低劑量電子顯微成像方法揭示了鹵化物鈣鈦礦材料的表面邊緣和內部缺陷的原子結構。北京時間10月29日，相關研究成果以“Atomically Resolved Edges and Defects in Lead Halide Perovskites”為題，在線發表于國際學術期刊《自然》(Nature)。
輻照敏感材料的原子尺度成像一直是顯微學領域的重大挑戰。在生命科學與材料科學領域，由輕元素構成、原子鍵能較弱或化學活性較高的物質，在電子束輻照下會迅速發生結構坍塌與化學分解，難以獲取原子分辨圖像和微觀結構信息，制約了對其構效關系的科學認知。
鹵化物鈣鈦礦是一種新型光電功能材料體系，在太陽能電池等能量轉換領域應用前景廣泛，但其穩定性問題制約了產業化進程。一方面在空氣暴露條件下易發生降解，另一方面在器件工作狀態下穩定性欠佳，導致性能快速衰退。材料科學原理表明，晶體結構中微觀缺陷構成材料的能態不穩定區域，是誘發結構轉變與性能劣化的關鍵位點。因此，通過原子尺度表征技術解析鹵化物鈣鈦礦材料缺陷特征，對于揭示構效關系、實現該材料的結構穩定性具有重要意義。
本研究通過超低劑量分割的四維掃描透射電子顯微技術(4D-STEM)，實現了最低電子劑量條件下的原子分辨率電子疊層衍射成像，提出了鹵化物鈣鈦礦邊緣的原子構型，并捕捉到其動態結構演變過程。發現有機-無機雜化的甲胺鉛碘鈣鈦礦(MAPbI3)邊緣主要呈現甲基銨(MA)和碘(I)終止結構，且邊緣與內部缺陷的損傷速率與空位濃度及類型密切相關。高濃度碘空位與損傷加速過程展現出顯著相關性。
原彪(物質學院2022屆博士畢業生)和王澤禹(物質學院2024屆博士畢業生)作為共同第一作者，于奕教授作為共同通訊作者。
圖2：鹵化物鈣鈦礦材料表面邊緣的低劑量4D-STEM成像
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