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2023 年技术趋势报告执行摘要
现在比以往任何时候都更重要的是，要密切关注新趋势的出现。但鉴于变化的速度如此之快，这并不容易。因此，我们 2023 年技术趋势报告的主题是“聚焦”。当新信号形成时，集中注意力至关重要，因为有些信号可能会持续并发展成为有影响力的趋势，而另一些信号可能会湮没并逐渐消失。在日益复杂和快节奏的世界中，关注重要趋势并适应不断变化的情况的领导者会做出更好的决策并看到更好的结果。趋势使他们能够预测近期的变化，了解影响其行业的因素，并形成对未来的看法。
二维过渡金属二硫属化物中激子动力学的瞬态纳米显微镜
2D 过渡金属二硫属化物的电子和光学特性主要受强激子共振控制。激子动力学在许多微型 2D 光电器件的功能和性能中起着关键作用；然而，纳米级激子行为的测量仍然具有挑战性。据报道，这里使用近场瞬态纳米显微镜探测衍射极限以外的激子动力学。作为概念验证演示，研究了单层和双层 MoS 2 中的激子复合和激子-激子湮没过程。此外，通过访问局部位置的能力，可以解决单层-双层界面附近和 MoS 2 纳米皱纹处有趣的激子动力学。如此纳米级的分辨率凸显了这种瞬态纳米显微镜在激子物理基础研究和功能器件进一步优化方面的潜力。
用于增材制造的沉淀硬化不锈钢的基因设计
介绍了一种用于增材制造 (AM) 的沉淀硬化 (PH) 不锈钢 (SS) 设计的遗传算法。研究发现，完全马氏体基体是实现最大强度的关键因素，但与早期研究不同的是，还考虑了 AM 独有的原位时效处理，从而促进了 AM 过程中富铜沉淀物的沉淀。将设计理论集成到遗传算法优化框架中，以最大限度地提高强度和可打印性。通过使用激光粉末床熔合 (LPBF) AM 制造新型合金部件，进行了实验概念验证，并将其与商业 LPBFed 17-4 PH SS 进行了比较。结果与设计策略目标一致。设计合金的优异机械性能主要归因于两个因素的结合：沉淀硬化和位错强化。沉淀硬化是提高 LPBF 新型 PH SS 屈服强度的主要原因，其原因是打印过程中位错增殖和湮没导致基体位错密度升高。
质子辐照在 GaAs 半导体加速辐射老化研究中的应用
摘要：几十年来，质子辐照实验一直被用作研究多种材料辐射效应的替代方法。质子加速器的丰富性和可及性使这种方法便于进行加速辐射老化研究。然而，开发具有更高辐射稳定性的新材料需要大量的模型材料、测试样品，并非常有效地利用加速器光束时间。因此，最佳束流或粒子通量的问题至关重要，需要充分了解。在这项工作中，我们使用 5 MeV 质子在砷化镓样品中引入位移损伤，并使用了广泛的通量值。正电子湮没寿命谱用于定量评估辐射诱导的存活空位的浓度。结果表明，质子通量在 10 11 和 10 12 cm − 2 .s − 1 之间会导致 GaAs 半导体材料中产生类似的单空位浓度，而通量进一步增加会导致该浓度急剧下降。
通过单腔控制提高操作稳定性...
近年来，基于热激活延迟荧光 (TADF) 发射器的高效有机发光二极管 (OLED) 已经实现，但器件寿命需要进一步提高才能用于实际显示或照明应用。在这项工作中，通过调节单层未掺杂器件的光学腔，提出了一种器件设计原理，以实现高效、长寿命的 TADF OLED。通过增加发射层厚度将腔长延长至二阶干涉最大值可拓宽复合区，同时光学输出耦合效率仍然接近较薄的一阶器件。此类器件设计可得到高效稳定的单层非掺杂 OLED，其最大外量子效率为 16%，LT 90 为 452 小时，初始亮度为 1000 cd m − 2 时 LT 50 为 3693 小时，是一阶 OLED 的两倍。进一步证明，OLED 寿命和光强度之间广泛使用的经验关系源自三线态极化子湮没，从而推算出 100 cd m − 2 时的 LT 50 接近 90 000 小时，接近实际背光应用的需求。
硼官能化奎宁衍生物合成 BODIPY 有机光催化剂及其在不对称光氧合中的应用
硼-二吡咯亚甲基 (BODIPY) 染料由于易于合成、模块化、可调的光物理和电化学性质、稳定性以及对可见光的强吸收而被广泛应用于光驱动过程。 [1] 根据 BODIPY 核心结构的取代模式，单线态和三线态激发态可以在光子吸收时优先填充，从而产生不同的应用。例如，BODIPY 的荧光特性已在生命科学中被用于生物传感应用或成像活动。 [2] 获取 BODIPY 染料的长寿命三线态可应用于光动力疗法、通过三线态-三线态湮没的光子上转换或光催化。 [3] 将重原子（即 Br、I、Au、Pt、Ru）共价连接到 BODIPY 核心结构是一种常用方法，通过自旋轨道耦合 (SOC) 诱导的系统间窜改来促进三线态的布居。 [4] 过去十年来，这些含重原子染料在光氧化还原催化和能量转移过程中的应用在文献中蓬勃发展。[5] 例如，含卤素的 BODIPY 催化剂已用于光氧化还原有机反应，如 N 取代四氢异喹啉的功能化、[6] 呋喃的芳基化和
量子点混合薄膜可实现高效的三线态激子
摘要：由有机半导体和无机量子点 (QD) 组成的混合物适用于许多光电应用和设备。然而，有机 QD 混合物中的各个组分在薄膜加工过程中很容易聚集和相分离，从而损害其结构和电子特性。在这里，我们展示了一种 QD 表面工程方法，该方法使用与有机半导体主体材料相匹配的电子活性、高溶解度半导体配体来实现分散良好的无机 - 有机混合薄膜，其特征是通过 X 射线和中子散射以及电子显微镜来表征的。这种方法保留了有机相和 QD 相的电子特性，并在它们之间创建了优化的界面。我们在两个新兴应用中对此进行了举例说明，即基于单线态裂变的光子倍增 (SF-PM) 和基于三线态 - 三线态湮没的光子上转换 (TTA-UC)。稳态和时间分辨光谱表明，三线态激子可以以接近 1 的速度高效地跨有机 - 无机界面传输，而有机薄膜在有机相中保持高效的 SF（产率为 190%）。通过改变有机和无机成分之间的相对能量，在 790 nm NIR 激发下观察到黄色上转换发射。总体而言，我们提供了一种高度通用的方法来克服有机半导体与 QD 混合的长期挑战，这对许多光学和光电应用都具有重要意义。■ 简介
量子点混合薄膜可实现高效的三线态激子
摘要：由有机半导体和无机量子点 (QD) 组成的混合物适用于许多光电应用和设备。然而，有机 QD 混合物中的各个组分在薄膜加工过程中很容易聚集和相分离，从而损害其结构和电子特性。在这里，我们展示了一种 QD 表面工程方法，该方法使用与有机半导体主体材料相匹配的电子活性、高溶解度半导体配体来实现分散良好的无机 - 有机混合薄膜，其特征是通过 X 射线和中子散射以及电子显微镜来表征的。这种方法保留了有机相和 QD 相的电子特性，并在它们之间创建了优化的界面。我们在两个新兴应用中对此进行了举例说明，即基于单线态裂变的光子倍增 (SF-PM) 和基于三线态 - 三线态湮没的光子上转换 (TTA-UC)。稳态和时间分辨光谱表明，三线态激子可以以接近 1 的速度高效地跨有机 - 无机界面传输，而有机薄膜在有机相中保持高效的 SF（产率为 190%）。通过改变有机和无机成分之间的相对能量，在 790 nm NIR 激发下观察到黄色上转换发射。总体而言，我们提供了一种高度通用的方法来克服有机半导体与 QD 混合的长期挑战，这对许多光学和光电应用都具有重要意义。■ 简介
环境条件下的三重态上转换可以实现...
摘要 材料从液态到固态的快速光化学转化（即固化）使得制造用于微电子、牙科和医学的现代塑料成为可能。然而，工业化的光固化材料仍然局限于由高能紫外光驱动的单分子键均裂反应（I 型光引发）。这种狭窄的机制范围既对高分辨率物体的生产提出了挑战，也限制了可使用新兴制造技术（例如 3D 打印）生产的材料。在此，我们开发了一种基于三重态-三重态湮没上转换 (TTA-UC) 的光系统，该系统可在低功率密度（<10 mW/cm 2 ）和环境氧气存在下使用绿光有效驱动 I 型光固化过程。该系统还表现出其固化深度对曝光强度的超线性依赖性，从而提高了空间分辨率。这使得 TTA-UC 首次集成到廉价、快速、高分辨率的制造工艺——数字光处理 (DLP) 3D 打印中。此外，相对于传统的 I 型和 II 型（光氧化还原）策略，目前的 TTA-UC 光引发方法可改善固化深度限制和树脂储存稳定性。本报告提供了一种用户友好的途径，可在环境光化学过程中利用 TTA-UC，并为制造具有更高几何精度和功能的下一代塑料铺平了道路。
通过物理吸附和压汞法表征分级有序多孔材料——教程回顾
有关多孔材料性能的研究仍在进行中（与传统沸石相比）。[1,2] 因此，详细了解孔隙结构尤为重要，但对这种复杂孔隙结构的可靠表征仍然是一项重大挑战。为了对此类分级材料进行全面的结构表征，需要结合多种互补的实验技术，例如气体吸附、X 射线衍射 (XRD)、小角度 X 射线和中子散射 (SAXS 和 SANS)、汞孔隙率测定法、电子显微镜（扫描和透射）、热孔隙率测定法、核磁共振 (NMR) 方法、正电子湮没寿命谱 (PALS) 和电子断层扫描。[3–7] 参考文献 [8] 概述了不同的孔径表征方法及其应用范围。图1说明了这些结构表征方法在孔径分析中的应用范围，也就是说，每种方法在孔径分析中的适用性都有限。气体吸附仍然是最流行的方法，因为它可以评估整个范围的微孔（孔宽<2纳米）、中孔（孔宽：2-50纳米），甚至大孔（孔宽>50纳米）。除了气体吸附之外，汞孔隙率测定法还用于表征更大的纳米孔和最大400微米的大孔。因此，气体吸附和汞孔隙率测定法的结合可以获得从孔宽<4纳米到至少≈400微米的广泛范围内的孔结构信息，凸显了这些技术对于多孔材料表征的重要性。经过一个多世纪的专门研究和开发，使用气体吸附对多孔材料进行物理吸附表征的方法已经很成熟。 20 世纪初的开创性实验和理论工作为我们理解气体吸附现象及其在结构表征中的应用奠定了基础。[10]