新研究旨在探究二维半导体的耐用性

德州农工大学团队证明，二维有机-无机杂化钙钛矿可以耐受10亿次以上循环

新研究揭示了二维有机-无机杂化钙钛矿（HOIP）半导体的抗疲劳性。

Qing Tu是德州农工大学材料科学与工程系教授，这一研究由Qing Tu领导，首次对实际应用中HOIP的疲劳行为进行了研究。研究人员在《Advanced Sciences》上发表了研究成果。

几乎在所有半导体应用范围内，新一代半导体都具有巨大潜力，包括光伏、发光二极管、光传感器等。施加低于材料强度的重复或波动应力，即疲劳载荷，通常导致二维混合材料失效。然而，尽管这些材料应用广泛，但其疲劳性能仍然难以捉摸。

研究团队展示了拥有不同分量的疲劳载荷条件将如何影响新材料的寿命和失效行为。研究结果为设计和构建二维HOIP和其他有机-无机杂化材料提供了见解，以实现长期机械耐久性。

研究人员发现，二维HOIP可以耐受10亿次以上循环，远远高于工程实际应用需求（通常约为105至106次循环），与大部分聚合物相比，在类似的载荷条件下二维HOIP性能更优，表明二维HOIP的抗疲劳性较强。Qing Tu表示，进一步检查材料的失效形态，发现脆性行为（由于晶体中的离子键，与其他三维氧化物钙钛矿类似），以及延展性行为（与聚合物等有机材料类似）取决于载荷条件。

载荷条件拥有周期性分量，可显著推动这些材料产生并积累缺陷，最终导致力学破坏。延展性行为表明，意外塑性变形可能会阻碍力学破坏，并导致疲劳寿命延长。循环应力之所以出现这种特殊失效行为，可能是由于有机-无机杂化键合的性质，这一点与大多数传统材料不同，传统材料通常是纯无机键合或纯有机键合。

该团队还研究了应力的每个分量和材料厚度如何影响疲劳行为。

Qing Tu表示，“我的团队一直致力于了解化学和环境压力因素，例如温度、湿度和光照，会对这类新型半导体材料的机械性能产生何种影响。”

2021年，Qing Tu获得美国机械工程师学会应用力学分部颁发的Haythornthwaite研究启动奖，该奖项为德州农工大学的这项研究提供了部分支持，近期，这项研究还获得了美国国家科学基金会的资助。

参考文献

'Unveiling the Fatigue Behavior of 2D Hybrid Organic–Inorganic Perovskites: Insights for Long-Term Durability' by Doyun Kim et al ; Advanced Science (July 2023)