近日，大湾区大学物质科学学院刘莎研究员在新型A1–A2聚电解质阴极缓冲层助力高效有机太阳能电池研究方向取得突破性进展。相关研究成果以“Thickness-Tolerant A1–A2 Polyelectrolyte Cathode Interlayers via Direct Arylation Polycondensation for 20.5% Efficiency Organic Solar Cells” 发表在国际知名期刊Advanced Functional Materials上。大湾区大学物质科学学院刘莎研究员为论文最后通讯作者，嘉应学院陈桂庭博士和香港中文大学（深圳）颜骏博士为论文共同通讯作者。大湾区大学硕士研究生黄浩东为论文共同第一作者。大湾区大学为论文共同通讯单位。 研究背景及成果 有机太阳能电池（OSCs）因其低成本、柔性和可溶液加工等优势，被视为下一代清洁能源的重要发展方向。近年来，单结OSCs的光电转换效率（PCE）已突破20%，逐步逼近硅和钙钛矿太阳能电池的水平。然而，尽管在供体与受体材料的分子设计及活性层形貌优化方面取得了显著进展，界面工程的研究仍显薄弱。现有的醇/水溶性共轭分子（ASCMs）虽具备工艺友好等优点，但普遍存在导电性不足、对厚度敏感等问题，限制了其在大面积制备中的应用。因此，如何开发兼具高导电性、厚度容忍度并符合绿色可持续合成的新型阴极界面材料，成为推动OSCs进一步发展的关键科学问题。 针对这一挑战，首次通过引入1,2-萘酰亚胺并苯并咪唑（NIBI）单元，采用直接芳基化缩合（DArP）绿色合成方法，设计并制备了两种新型A1–A2型聚电解质阴极界面材料（PNIBI-NDIN 和 PNIBI-NDINBr）。这两类材料兼具深能级LUMO、优异的电荷传输能力和显著的厚度容忍特性。在实际器件中，二元OSCs最高效率达到19.33%，三元器件更是实现了20.45%的突破性效率，同时在界面厚度高达50 nm时仍能保持超过17%的效率表现，创下同类研究的新纪录。该成果不仅展示了界面材料设计的新思路，也为实现高效、稳定且可规模化制备的有机太阳能电池提供了重要路径。 论文链接 https://doi.org/10.1002/adfm.202516196

全固态电池被视为下一代储能技术的重要发展方向之一。然而，固态电极内部复杂的电荷传输过程，尤其是离子与电子传输的不平衡，导致电极内部电化学反应严重不均，形成显著的锂浓度梯度。这如同在电池内部出现了“交通拥堵”，极大降低了活性材料利用率，加速了电池性能衰减，成为制约其性能提升和实用化的核心瓶颈。如何精准表征锂浓度分布并有效调控这种内部的不均匀性，一直是该领域的世界性难题。 大湾区大学钱坤团队联合清华大学深圳国际研究生院柳明团队、中国原子能科学研究院肖才锦团队等，在这一难题上取得关键突破。研究团队创新性地提出并验证了一种基于“电荷转移优化”（CTOC）的梯度设计策略。该策略的核心在于采用独特的双层梯度结构：在靠近隔膜的一侧，使用高离子电导固态电解质，构建高速的“离子传输快车道”，显著降低了离子传输阻力；在靠近集流体的一侧，则采用含导电剂的纳米级固态电解质层，确保“电子传输快车道”畅通无阻。这种设计巧妙地实现了离子和电子传输路径在空间上的解耦与协同优化，同时保证了整个电极中活性物质的含量不降低，最大程度维持了能量密度。 截至8月11日10时，相关研究成果被人民日报客户端、人民网、新华网、《光明日报》、中国新闻网、中国经济网、中国科技网等媒体报道及转载，共计1439篇。  “中子CT”直接观测证实优化效果显著。  研究团队首次成功应用对锂元素敏感的中子深度剖面分析（NDP）技术，如同给电池内部做了一次高精度的“CT扫描”，在实验中直接观测并定量证实了传统单层正极内部存在的显著纵向锂浓度梯度。更为重要的是，该技术清晰显示，采用新型CTOC设计的电极成功地实现了锂浓度均匀分布，锂离子在电极厚度方向上实现了快速的均匀流动。Xe离子聚焦离子束（PFIB）—飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）的二维锂元素分布表征也同步验证了这一结果。 性能提升效果卓越。  得益于内部“交通拥堵”的根本性缓解，采用CTOC设计的全固态锂电池展现出卓越的性能：在2C高倍率充放电条件下循环2000次后，电池容量保持率达82.7%，相比传统设计提升近三成。同时，电池的电压衰减和极化现象也得到显著抑制，充分证明了电荷转移动力学的根本性改善。这一成果为开发兼具高能量密度、超长寿命和优异倍率性能的实用化全固态锂电池提供了全新的设计思路和坚实的实验基础。 图1 传统和梯度设计固态电极的对比 图2 梯度设计固态电极的结构 图3 传统和梯度设计固态电极的性能对比 图4  利用XRD对比研究传统电极和梯度电极的晶格衰退 图5 传统和梯度设计固态电极的锂浓度分布差异 研究成果发表于国际权威期刊。 相关研究成果以“纵向空间电荷转移优化复合正极实现超稳定全固态电池”（Longitudinal Spatial Charge Transfer Optimization in Composite Cathode Enables Ultra-Stable All-Solid-State Batteries）为题，发表在国际能源与环境科学领域期刊《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）上。 论文作者及支持情况 清华大学深圳国际研究生院2024级博士生梁俊威和大湾区大学钱坤助理教授为论文共同第一作者。清华大学深圳国际研究生院材料研究院柳明副教授为论文通讯作者。合作单位包括中国原子能科学研究院、南方科技大学等。研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省杰出青年基金等的资助。大湾区大学为电极结构表征技术（PFIB-TOF SIMS）和中子测试表征技术上提供了核心支持，中国原子能科学研究院和东莞散裂中子源为中子深度剖面分析提供了重要支持。 论文链接 https://doi.org/10.1039/D5EE03407H

大湾区大学左小伟课题组联合中国科学院高能物理研究所、深圳技术大学、香港大学、东北大学及香港理工大学等合作单位，在高强马氏体钢塑韧化机制研究中取得重要进展。相关成果以“Nano grains-induced high tensile strength-plastic strain synergy in martensitic steel”为题，发表于国际塑性领域顶级期刊 International Journal of Plasticity。 大湾区大学物质科学学院、东莞市先进材料与大科学装置前沿交叉重点实验室及大湾区高等研究院为论文共同第一通讯单位。论文第一作者为该校物质科学学院万建全特任研究员，通讯作者为左小伟副教授。本工作获得了松山湖材料实验室开放课题的资助。 研究背景 高强度马氏体钢在工程应用中长期受限于强度与塑性的倒置关系。其中，高温铁素体（δ）相作为刚性脆性第二相，会引发局部应变不协调和应力集中，显著加剧这一矛盾。传统热机械处理难以有效调控δ相，而通过合金设计或工艺优化抑制δ相的现有策略，又常导致材料其他关键性能劣化。值得注意的是，δ相的存在可通过提高奥氏体层错能、阻碍马氏体相变等机制影响材料行为；另一方面，其溶解则可能促进纳米级马氏体形成并增强应变诱导相变倾向。当前研究的核心挑战在于：细晶强化虽能提高强度，但马氏体相变固有的高位错密度会限制位错存储能力，进而导致加工硬化不足。最新研究表明，纳米晶粒结构可能通过晶界介导的位错累积机制实现延迟加工硬化，这为突破传统马氏体钢的塑性瓶颈提供了新思路。 基于此，本研究提出一种创新工艺路线，旨在通过多阶段轧制与退火实现δ相溶解，并系统探究其对纳米马氏体组织演变及力学性能的影响机制。 研究成果 本研究以传统资源节约型马氏体钢（Fe-12Cr-11Ni-1.1Mo-1.7Ti-0.3Al-0.01C）为研究对象，创新性地开发了温轧-冷轧预处理工艺，成功降低了δ相的溶解壁垒。 通过采用800°C/120 min低温退火处理，首次在该类马氏体钢中实现了δ相的近乎完全溶解（残余量<0.5 vol.%）。基于此突破，研究团队成功制备出具有优异塑性变形能力的新型全马氏体钢。该新型钢具有独特的组织特征：以纳米级α′马氏体为基体，并含有高密度位错。 这种纳米晶粒结构通过其丰富的晶界网络，在大应变条件下促进了位错增殖，产生了显著的延迟加工硬化效应，有效抑制了颈缩现象，从而展现出卓越的综合力学性能：极限抗拉强度达1855±18 MPa（较含δ相钢提升36.4%），同时塑性应变达4.82±0.19%（提高约4倍），其强塑性协同显著优于同类材料。 本研究采用非合金化设计策略（即避免额外添加合金元素），成功突破了传统结构材料中强度与塑性的权衡关系。 研究成果不仅为先进钢铁材料的设计开发提供了新途径，而且在工程应用与科学理论层面均具有重要价值：在工程应用层面，成功制备出兼具超高强度和良好塑性的新型材料；在科学理论层面，为多相钢的组织精细调控与性能优化提供了新的理论指导。 课题组招聘 本课题组专注于先进金属结构材料研究，核心团队现有12名成员，包括特任研究员、博士后、联合培养博士生与硕士生以及访问研究生。 研究方向聚焦于基础材料科学及机器学习辅助材料设计与开发等前沿领域。 依托学院支持，课题组已建成系列先进研究平台： -  材料制备与加工平台： 激光粉末床熔融（L-PBF）增材制造系统、原位中子衍射高梯度定向凝固设备、冷坩埚电磁悬浮熔炼炉、高真空非自耗电弧熔炼炉、冷/热双辊轧机。 -  材料测试与分析平台：维氏硬度计、多物理场（热/电）纳米压痕仪、万能材料试验机、疲劳试验机（配备DIC数字图像相关系统）。 -  材料计算平台： 高性能计算集群及相关模拟软件。 诚邀对上述研究方向感兴趣的博士后、博士生及硕士生加入团队或开展合作研究，请联系：zuoxw@gbu.edu.cn。

近日，大湾区大学物质科学学院刘莎研究员在兼具高效率与高稳定有机太阳能电池研究方向取得新进展。相关研究成果以“Calix[8]arene-Tethered Dendritic Octamer Acceptor with Ultrahigh Molecular Weight Enables 20.7% Efficiency Organic Solar Cells with Exceptional Stability” 发表在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition上。大湾区大学物质科学学院刘莎研究员、香港科技大学（广州）的吴佳莹教授、华南师范大学的刘升建研究员以及广东技术师范大学的贾涛副教授为论文共同通讯作者。大湾区大学访问学生吴伦比为论文第一作者。大湾区大学为论文通讯单位。 研究背景及成果 聚合物太阳电池因其轻质、柔性、半透明以及可卷对卷溶液加工等独特优势广受关注。作为一种新兴的下一代光伏技术，聚合物太阳电池有望与硅基太阳电池技术形成有效互补，为构建多元化、智能化的光伏能源利用体系提供重要的技术支撑。然而，聚合物太阳电池在长期服役过程中所面临的稳定性问题，是制约其实际应用和商业化进程的核心瓶颈之一。尤其是活性层中的非富勒烯小分子受体在热或光照等外界应力作用下发生结晶诱导的形貌物理降解，被认为是导致器件性能滚降的主要原因。通过分子设计构建高分子量的受体材料，可有效降低分子扩散系数，有望实现兼具高效率与高稳定性的聚合物太阳电池器件。 基于此，团队通过支化分子设计策略，成功设计了分子量为14243 g/mol的新型树枝状八聚体分子，并作为电子受体用于构筑高效稳定的聚合物太阳电池。在分子层面，树枝状结构赋予分子独特的多维空间堆积方式以及多通道的电荷输运特性，有助于构建高效的载流子迁移网络；同时能够调控分子间的π–π堆积与相互作用，提升薄膜的分子有序性；从而有效调节分子的聚集行为，促进激子高效解离与电荷分离。 最终，基于C8-IC的二元有机太阳电池器件实现了18.7%的能量转换效率。此外，C8-IC还可作为高效的结晶调节剂引入三元体系，作为辅助受体实现了高达20.7%的器件效率，跻身当前单结有机太阳能电池的最高效率行列。得益于其高分子量特性以及树枝状结构诱导的增强相互作用，显著提升了材料的玻璃化转变温度，有效抑制分子扩散，基于C8-IC的三元器件表现出卓越的稳定性。该研究成果不仅验证了树枝化策略在开发高效且低扩散系数受体材料方面的有效性，也为构筑兼具高性能与高稳定性的聚合物太阳能电池提供了具有前瞻性的材料设计思路。 论文链接 https://doi.org/10.1002/anie.202506445

近日，大湾区大学物质科学学院刘莎研究员在兼具紫外光探测和忆阻性能的多功能光电器件研究方向取得新进展。相关研究成果以“Composition-Engineered (Csl),(Bil3), Perovskites forLead-Free Ultraviolet PhotodetectionMemristiveApplications” 发表在国际知名期刊Advanced Functional Materials上。大湾区大学物质科学学院刘莎研究员为论文最后通讯作者，河南大学刘梅月副教授为论文共同通讯作者。大湾区大学准博士研究生吕赵晨为论文第一作者。大湾区大学为论文第一通讯单位。 研究背景及成果 紫外探测器在环境监测、生物医学成像、火焰预警和空间通信等领域具有广泛应用。将紫外探测功能与忆阻功能结合起来，不仅能实现对紫外光的高灵敏响应，还可通过光刺激调控电导状态，从而赋予器件多功能感知与存储能力。铋（Bi）基钙钛矿因其较宽的带隙（1.6–3.1 eV）、较长的载流子扩散长度、优异的电阻切换（RS）特性、低毒性与高稳定性，在紫外探测器和忆阻器领域展现出巨大潜力。 基于这一背景，团队利用非化学计量的反应物(CsI)x(BiI3)y(表示为CBI)，在不引入外来杂质离子的情况下系统地设计材料组成。得益于ZnO热电效应与CBI光伏效应的协同作用，器件在x/y ≥ 3:2时，探测半峰宽窄至50 nm，比探测率高达2.23 × 10¹¹ Jones，展现出极高的紫外灵敏度。随着BiI3比例的增加，器件响应拓展至约550 nm，实现紫外-可见宽谱探测。同时，不同比例CBI器件展现出多样的电阻切换行为，部分器件在反向偏压下还表现出同步的RS与负微分电阻(NDR)特性。 本研究阐明了CBI组成在调控器件功能方面的关键作用，通过将光感与记忆集成于同一器件，可用于模拟人类视觉处理系统，契合人工智能的发展趋势。该策略可拓展至其他材料体系，用于构建多功能光电突触器件。这类光敏忆阻器在人工视觉系统、光神经突触和智能传感网络等领域展现出广阔应用前景，为神经拟态计算与边缘智能开辟了新的路径。 论文链接 https://doi.org/10.1002/adfm.202509759