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1.Nanometre-thin indium tin oxide for advanced high-performance electronics
可用于高性能电子器件的氧化铟锡(ITO) 纳米膜
翻译：路畅
虽然氧化铟锡(ITO)因其高的透光率和导电性而被广泛应用于光电子领域，但其简并掺杂限制了其作为半导体材料的应用。在这项工作中，研究人员基于超薄(低至4nm) 的ITO通道和高质量的镧掺杂氧化铪介电质(等效氧化层厚度为0.8 nm)制作了短通道有源晶体管，其性能可与现有的金属氧化物和新兴的二维材料相媲美。ITO独特的宽禁带和低介电常数为未来的低功耗电子器件在5nm制程下的扩展提供了前景。
超薄ITO膜的AFM(a)、TEM截面形貌和高分辨EDX元素分布（b）、微区高分辨TEM表面形貌（c）、透明ITO膜的光学照片及其各波段透过率
（a-c）ITO三极管的结构示意图,其中，ITO沟道长度为30um，厚度为10um，介电层为20nm-HfLaO/90nm-SiO2。（d-f）对应不同ITO沟道尺寸的ITO三极管的转移特性曲线(Ids–Vgs)。
Shengman Li，et al., Xuefei Li & Yanqing Wu.
Nature Materials volume 18, pages1091–1097 (2019)
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0455-8
2.Programming shape using kirigami tessellations
基于剪纸技术的形状编辑
翻译：路畅
棋盘网格型的剪纸结构，可以通过规则地部分切割平坦的薄片，将简洁的二维形状变形为开放、有丰富几何图案和不寻常的材料属性的结构。然而，几何问题和拓扑约束使这种结构的设计具有挑战性。在这里，我们提出并解决了切割的数量、大小和方向的逆向问题，这使得一个封闭的、紧凑的、有规则的几何网格化的部署在二维或三维空间中近似符合任何指定的目标形状。我们首先确定广义几何网格长度和角度的约束条件，这些约束条件保证了重新配置的面几何图形可以从非平凡的展开形状收缩为紧凑的、不重叠的平面切割模式。然后，我们将这些条件编码到一个灵活的约束优化框架中，以获得从平面的各种周期性镶嵌中派生出来的广义奇异图案，这些图案可以展开到各种指定的形状中。对得到的结构进行简单的力学分析，可以确定和控制展开状态的稳定性，并控制展开路径。最后，我们建立了在二维和三维空间中展开的物理模型来验证这种逆向设计方法。总之，我们的方法，结合几何，拓扑和优化，强调了广义的几何网格化的潜力，作为形状变形机械超材料的基石。
（a）四元棋盘图案网格化及其展开配置。（b）本文提出的逆向设计框架，给定一个标准的kirigami镶嵌，我们开始在展开空间的初始猜测。这里显示的初始猜测是从标准展开配置到磁盘的保角映射。初始猜测通常是无效的，违反了边缘长度约束或角度约束，或与目标边界形状不完全匹配。然后，我们解决一个约束优化问题来改变初始猜测，直到它成为一个有效的展开形状，满足所有约束。最后，我们使用一个简单的压缩程序来得到广义的kirigami图案。
（a）用本文的方法产生的广义kirigami图案的例子，可以从一个正方形展开得到一个圆形或鸡蛋的形状。（b）展示了用此方法可以得到的具有混合曲率或零曲率的边界形状的广义kirigami图案。（c）不同分辨率的剪切网格及其展开图案(块数= 8×8,16×16,20×20)，以及边界层面积与块数的对数对数坐标图。在这里，边界层面积定义为圆与展开的奇异图案边界之间的间隙的总面积。对数图上的点表示不同数量格子的(4×4、8×8、12×12、16×16、20×20)的kirigami图案，直线为最小二乘回归直线。结果表明，在使用广义的几何网格法近似指定的形状时，存在精度-效率的权衡。
Gary P. T. Choi, Levi H. Dudte & L. Mahadevan
Nature Materials volume 18, pages999–1004 (2019)
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0452-y
3.Design and Validation of an All-Dielectric Metamaterial Medium for Collimating Orbital-Angular-Momentum Vortex Waves at Microwave Frequencies
在微波频率下基于的全介电超材料介质的准直轨道角动量涡旋波的设计和验证
翻译：陈思宏
在无线通信中，由于其特殊的多正交模式，承载轨道角动量(OAM)的电磁波(EM)波可以明显提高数据传输效率。然而，涡流波的发散特性严重限制了通信的传播距离。在本文中，采用变换光学概念设计，同时由增材印刷技术制造了一种作为涡波准直透镜的介质。提出了设计概念，并在微波频率下对镜片进行了数值模拟和实验测量。测量的近场振幅分布表明，穿过准直透镜的甜甜圈形涡旋波的发散角和直径在很宽的频率范围内大幅度减小。远场天线增益样图表明，涡旋波的能量密度得到了显着提高，而相位分布和模式纯度表明，涡旋波的拓扑电荷在通过准直透镜后仍保持不变。所提出的全介电准直透镜使我们能够增加涡旋波的实际增益，并可能扩展传播距离，从而为未来的涡旋波通信奠定基础。
图（a）准直透镜横截面中的离散介电常数分布。（b）实际单元的介电常数曲线。（c）3D打印的准直透镜原型图片。
Yi, Jianjia, et al. "Design and Validation of an All-Dielectric Metamaterial Medium for Collimating Orbital-Angular-Momentum Vortex Waves at Microwave Frequencies." Physical Review Applied 12.3 (2019): 034060.
https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.12.034060
4.Mechanochromic Reconfigurable Metasurfaces
机械变色可重构超表面
翻译：陈思宏
一些常见的天然化合物或聚合材料在施加外部应力后表现出的光学性质变化称为机械变色。在此，制备了一种可以在机械变形时改变颜色的基于二硫化钼，氧化钼和氮化硅制成的亚波长纳米线阵列的人工纳米机械超表面。前述变形引起光透射率的可逆变化（在654nm处的相对透射率变化为197％），从而表现出巨大的机械致变色效应。此外，当这些类型的超表面被迅速弯曲时，它们可以存在两种非易失性状态，表现在678 nm处的光透射率差异为45％。光学纳米机械超表面（如本文所述）具有广泛的光学可调性，可通过设计，为跨可见光和近红外区域的机械变色和双稳态响应提供有价值的平台，并形成一系列的可重新配置应用的新型智能材料，多功能光子滤波器，开关和应力传感器。
图：机械变色超表面。a）MoS2 / MoO3-x / Si3 N4三层独立膜上制造的纳米线阵列形成的超材料的扫描电镜图，单根纳米线的示意图[P = 500，g = 100，h1 = 90，h2 = 50，h3 = 5，W = 400 nm]，比例尺为300 nm。插图：三层样品的横截面，涂铂以提高对比度。b）超材料拉曼光谱图；c）几层MoS2膜的折射率随波长的变化图；d）单个纳米线温度与应变的关系，纳米线的变形是由Si3 N4和MoO3-x之间的热膨胀失配引起的。
Karvounis, Artemios, et al. "Mechanochromic Reconfigurable Metasurfaces." Advanced Science (2019): 1900974.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201900974
5.transformation of 2D planes into 3D soft and flexible structures with embedded electrical functionality
一种可将二维平面结构转换成三维柔性结构的策略
翻译：毛琳娜
在可植入生物医学器件中，由柔性材料制备的三维结构一直是个重要的研究课题。然而，使用的传统的微电机系统（microeletromechanical system ，MEMS）技术在材料和规模上有很大的局限性。这篇文献中，作者报告了一种可以选择性将PDMS和parylene-C用等离子处理的方法结合的技术，通过使用选择性局部膨胀的方法可以将用传统MEMS方法制备的二维平面结构有效的转换成三维立体结构。文章中作者分别对这种结合的结合力的大小以及结合机制进行了机械测试和化学分析。文献中，作者使用不同的模版和尺寸制备了不同的柔性三维结构，并且可以将不同的电学功能结合到结构中，例如发光二极管和皮层脑电极。通过选择行结合形成的气球状的模型在通入液体后膨胀形成三维立体结构，这种方法可以有效的保留在二维平面上制备电学器件的优异性同时转变为三维结构。
图:柔性三维结构制备流程。（a）结合有导线的三维立体结构的实物图和示意图，通入液体到没有结合的区域形成三维结构，结合的部分是由PDMS和parylene-C之间的化学键连接的；（b）选择性结合方法。使用氮和氧等离子处理的方法，第二层PDMS和parylene-C层都被选择性地部分结合在一起。（c）通过向未结合部分通入液体的办法膨胀后得到三维立体结构。尺寸条为5mm。
Hyunmin Moon，Namsun Chou，Hee Won Seo
ACS Appl. Mater. Interfaces2019113936186-36195
Publication Date:August 21, 2019
https://doi.org/10.1021/acsami.9b09578
6.Toward Multifunctional and Wearable Smart Skins with Energy-Harvesting, Touch-Sensing, and Exteroception-Visualizing Capabilities by an All-Polymer Design
一种基于聚合物的集能量收集，触摸感应和外部感知能力于一体的智能可穿戴皮肤的设计方案
翻译：毛琳娜
这篇文献主要报道了一种基于聚合物的可实现多功能集成的智能可穿戴皮肤器件的设计方案，这种设计可以实现拥有能量收集，触摸感应和外部感知能力的多功能器件。在器件的制备过程中，基于材料选择原则，根据不同的机械操作情况系统地设计了符合性能要求的器件。在本文的器件设计中，可拉伸的水凝胶电极由上下两层摩擦电功能层，中间夹有一层硫化锌（ZnS）和磷的复合物，形成三明治结构而成。原位聚集结构设计保证了电极的机械性能。这种器件主要能实现三种性能，第一，这种智能皮肤可以作为摩擦电纳米发电机，并且输出的最大电压可以达到180V，能量密度为625μWcm-2,此外还有及其优异的重复性和稳定性，可以进行10000次连接-断开循环测试。第二，这种智能皮肤可以最小探测到0.58kPa的压力，并且灵敏度为0.23kPa-1,通过一个像素配置装置可以进行压力位置探测。第三，这种皮肤还具备对于施加应力的大小和位置实行可视化的发光响应。总而言之，通过文中的设计方案设计的器件不仅可以实现多功能，还不会降低任一功能的性能参数，在器件整体拉伸到700%的状态时，器件仍然能保持很好的性能。
图 （a）智能皮肤器件的结构布局；(b)皮肤器件在初始状态和不同拉伸量条件下的器件实物图；(c)器件的不同组分以及集成后的拉力测试；(d)水凝胶和ecoflex聚合物在可见光范围（380nm-800nm）内的透射比，插图为器件的两个方向的光致发光图像；(e)水凝胶在不同拉伸状态的离子电导率；(f)顶层的机械发光层与底层ecoflex聚合物层的截面图，图中绿色虚线标识层间的边界线，红色矩形标识为硫化锌颗粒的分布。图例大小为100μm。
Guojin Liang Zhaoheng Ruan Zhuoxin Liu
advanced electronic October 2019 1900553
https://doi.org/10.1002/aelm.201900553
7.Quasifractal Networks as Current Collectors for Transparent Flexible Supercapacitors
基于准透明网络集流体的透明柔性超级电容器
翻译：张天垚
近年来，随着便携式可穿戴电子设备的发展，人们越来越强调其轻质量、高集成度、机械柔性和透明度。实现同时具备柔性和透明的超级电容器的一种办法就是将其电极做得超薄，金属网状电极应运而生。Liu等近日设计并制备了一个高性能，透明，同时机械灵活的超级电容器，其金属网状电极类似于叶脉结构。为了避免器件中可能出现的电解液泄漏问题，他们引入了一种丙烯酸双面胶框架来包裹PVA/LiCl电解液，这种结构不仅可以避免弯曲状态下的电解液泄漏和短路，而且可以保持器件的原始透射率。经测试，在1 mA时，该超级电容器的透射率为45%，面电容为5.6 mF/cm2，这为提高柔性超级电容器的透光率提供了新的思路。
制作叶脉状网络电极的程序示意图。它包括六个步骤：化学蚀刻提取叶脉、紫外光刻、溅射镀金、光刻胶剥离和聚吡咯电沉积。
柔性透明超级电容器的性能。(a) 装置结构示意图，采用丙烯酸双面胶框架来包裹PVA/LiCl电解液；(b) 超级电容器照片，显示高透明度；(c) 叶脉状金网络电极、最佳聚吡咯/叶脉状金网络电极和柔性透明超级电容器的光学透射率谱；(d) 不同扫描速度下超级电容器的C-V曲线。
Shiqian Chen, Bibo Shi, Weidong He, Xiayan Wu, Xian Zhang, Yanbo Zhu, Shan He, Haihui Peng, Yue Jiang, Xingsen Gao, Zhen Fan, Guofu Zhou, Jun-Ming Liu, Krzysztof Kempa, and Jinwei Gao, Adv. Funct. Mater. 2019, 1906618.
https://doi.org/10.1002/adfm.201906618
8.Transparent, Flexible, Fatigue-Free, Optical-Read, and Nonvolatile Ferroelectric Memories
透明的、柔性的、无疲劳的、光学读出的和非易失性铁电存储器
翻译：张天垚
与上文类似地，近年来发展起来的智能窗口、柔性显示器等电子设备也被期望是同时具有透明性、机械柔性和灵活性的。另一方面，钙钛矿氧化物因其具备丰富多样的功能，已被广泛应用于各种领域，而如今，人们希望将其与柔性透明窗口相结合。为此，Liu等在云母（mica）衬底上在700 ℃高温和高氧气压力下制备了1.2 wt%的Ag掺杂的ITO（Ag-ITO）薄膜，并将其作为底部电极。他们提到，Ag掺杂增强了Ag-ITO晶粒的附着力，并最终能增加Ag-ITO膜的柔韧性。随后他们基于mica/Ag-ITO/Bi3.25La0.75Ti3O12/ITO结构，实现了透明、柔性、无疲劳和光学读出的铁电非易失性存储器。他们的工作极大地促进了钙钛矿氧化物薄膜在透明和柔性可穿戴电子器件中的应用。
透明和柔性的700°C-ITO和Ag-ITO薄膜的特性。(a) 透射率(b) Rsh与弯曲循环的关系；(c) Rsh与退火温度的关系；(d) Rsh/Rsh0与特征温度的关系，其中(a)的插图显示mica/2-Ag-ITO的图片，另外，Rsh0被定义为25 ℃下的Rsh。
透明和灵活的存储器的应用。(a) mica/2-Ag-ITO/BLT/300 ℃-ITO存储器的草图；(b) mica和存储器的透射率；(c)带存储器的隐形眼镜，以及(d)它们在人造眼睛上的光学图。
Huan Gao, Yuxi Yang, Yaojin Wang, Lang Chen, Junling Wang, Guoliang Yuan, and Jun-Ming Liu, ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 35169-35176.
https://doi.org/10.1021/acsami.9b14095
9.Flexible PET/Al/PZT/Al/PET multi-layered composite for low frequency energy harvesting
用于低频能量收集的柔性PET/Al/PZT/Al/PET多层复合材料
翻译：王倩
目前，能量收集设备（风能发电、水力发电等）的体积庞大且成本昂贵，同时需要大量的机械能驱动，难以完成低频微弱的机械信号收集。在较小的规模上，柔性化的压电薄膜系统能够收集低频率、微弱的机械振动来完成机电转化，为能量收集提供了一种新型策略。锆钛酸铅（PZT）薄膜具有较高的压电系数受到了研究者的青睐，在柔性化薄膜器件领域中PZT薄膜被广泛研究并逐渐应用于可穿戴器件。近来，Thomas等通过化学溶液沉积（CSD）将锆钛酸铅（PZT）薄膜沉积到较薄的铝箔（16 μm）上并使用聚对苯二甲酸乙二酯（PET）层压膜（150 μm）进行封装，实现了柔性压电器件的制备。图1为CSD工艺流程图。通过二氧化钌（RuO2）作为中间层改善PZT / Al界面的质量，提高了PZT膜的介电、铁电和压电特性。在0.1至8 Hz的低频范围内，压电器件可以在大变形范围内稳定地完成机械信号到电信号的转化，同时输出电压，输出电流和收集功率的实验值与理论值具有很好的一致性。柔性PZT薄膜能够承受较大的弯曲应变（曲率半径1 cm，为低频机械能量收集提供有一种有效途径。
CSD工艺流程图
Seveno R, Carbajo J, Dufay T, Guiffard B, Thomas J C, Flexible PET/Al/PZT/Al/PET multi-layered composite for low frequency energy harvesting. J. Phys. D: Appl. Phys., 2017, 50: 165502
https://doi.org/10.1088/1361-6463/aa6373
10.Highly-Efficient, Flexible Piezoelectric PZT Thin Film Nanogenerator on Plastic Substrates
在塑料基底上制备高效、灵活的压电PZT薄膜的纳米发电机
翻译：王倩
激光剥离法（Laser Lift-off，LLO）是一种薄膜柔性化的物理性策略，其制备柔性铁电薄膜的过程为（图1）：首先把PZT铁电薄膜制备于刚性衬底上，激光照射之前将XeCl激光的光子能调节到介于刚性基底材料和铁电材料禁带宽度之间，之后XeCl准分子激光器发射激光照射刚性基底背面，此时XeCl激光会穿过铁电薄膜与基底的交界处，最终将铁电薄膜和刚性基底分离，并且将独立的铁电薄膜转移到柔性基底。基于上述方法，Lee等制备了一种高效、重量轻、面积大的压电PZT薄膜。利用LLO工艺，用常规的溶胶凝胶法在650 ℃下进行结晶步骤得到的可熔PZT薄膜的整个区域从蓝宝石基底转移到塑料基底上。采用环氧树脂钝化的IDE结构，制备了高输出功率的PZT薄膜。在周期性弯曲/松弛运动，测量输出电压和电流信号分别达到200 V和150 μA·cm-2，显示更高的输出性能比之前报道的灵活的压电挥动。在不需要任何外部电源和电路的情况下，通过不规则的人体运动从大面积的薄壁光纤（3.5 cm × 3.5 cm）中获取的高能量直接用于100多个蓝色LED的操作。Lee等通过LLO方法制备了可穿戴的自供能器件，为实现用于安全、健康和环境监测系统的自供电柔性电子和生物医学设备提供了一种新型方法。
使用LLO方法的高效、灵活、大面积的基于PZT薄膜的NG的制造过程示意图。通过二维准分子激光辐照,2μm压电薄膜沉积在一个透明的蓝宝石被成功转移到灵活的PET塑料衬底。随后，在PZT薄膜上形成ide和保护层来制作NG器件。
Park K, Son J H, Hwang G T, et al. Highly-Efficient, Flexible Piezoelectric PZT Thin Film Nanogenerator on Plastic Substrates. Adv. Mater., 2014, 26: 2514
https://doi.org/10.1002/adma.201305659
11.Stretchable Conductive Fibers of Ultrahigh Tensile Strain and Stable Conductance Enabled by a Worm-Shaped Graphene Microlayer
具有超高的拉伸应变和稳定的导电性的可拉伸导电纤维
翻译：高能
可拉伸导电导体在许多可穿戴电子设备中已显示出良好的应用前景，但目前报道的可拉伸导电纤维的电导率在拉伸或拉伸时会发生改变。为了保证性能的稳定，稳定的电导对于可穿戴、可拉伸的设备是必不可少的。文章的作者受节肢动物蠕动行为的启发，设计了一种类似于聚氨酯(PU)纤维表面毛虫结构的石墨烯涂层，将蠕虫形状的石墨烯微层涂覆在聚氨酯细丝上。这样的蠕虫状的细丝可以拉伸1010%，且拥有宽泛的可逆电响应范围 (0 <ε< 815%)、长周期耐久性(> 4000拉伸/释放周期),良好的初始电导(σ0 = 124 S m?1),和高品质因数(Q = 11.26)。此外，这种蠕虫形状的纤维具有独特的应变不敏感行为，为弹性电子元件提供了直接途径。
纤维的机电性能。(a)纤维的导电-应变曲线。(b)长丝的电导率-应变曲线和理论曲线。(c)拉伸-释放过程中每厘米初始电导率的变化(50%应变).(d)相对阻力曲线.(e)相对品质因数 .(f)不同应变下2 s循环的动态相对电阻。
Fengqiang Sun, Mingwei Tian,
Nano Lett.20191996592-6599
Publication Date:August 21, 2019
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b02862
12.Monolithic Integration of Silicon Nanowire Networks as a Soft Wafer for Highly Stretchable and Transparent Electronics
单片集成的硅纳米线网络软晶片构造高度拉伸和透明的电子产品
翻译：高能
通过可编程布局和通道设计，将纳米级积木组装成有序的网络，这是实现多种可伸缩电子产品的关键能力。作者演示了硅纳米线(SiNW)的生长-位置集成，由于独特的双通道/双步导边设计，使其成为高度可拉伸、透明和准连续的功能网络，并使离散电极节点之间的连接接近统一。SiNW网络可以可靠地转移到软弹性体衬底上，同形地附着在高度弯曲的表面上，或作为自支撑/可移动的膜部署在空隙之上。大于40%的高延性SiNW网络实现一个弹性体,可以用作一个透明和半导体薄膜材料具有高载流子迁移率的> 50厘米2 / (V),离子/ Ioff比率> 104,和一个可调的传播在宽光谱范围> 80%。基于SiNW网络的可逆可拉伸和可弯曲传感器已得到成功的验证，该传感器可以直接观察弹簧网络内部的局部应变分布，并通过有限元模拟进行分析。这个SiNW网络具有独特的潜力，最终将建立一个新的通用的晶片状平台，用于构建具有基于si的硬性能的软电子产品。
半导体透明SiNW网络。(a)显微镜图像SiNW网络(SN) PDMS基片(b) SNs的透射光谱 (c)电流?电压(I?V)曲线(d)线性拟合 (e) 在450nm涂覆sio2的晶片衬底上以底栅结构测量的SiNW弹簧的电子转移特性
Taige Dong, Ying Sun, Zhimin Zhu
Nano Lett.20191996235-6243
Publication Date:August 15, 2019
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b02291
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