金屬(shu)鹵化物鈣鈦(tai)礦(kuang)材(cai)料以其優異的(de)光電(dian)半導(dao)體性能(neng)而(er)(er)被廣泛應(ying)用于光電(dian)器件的(de)研究(jiu)，如太陽能(neng)電(dian)池、光電(dian)探測器、激光器、發(fa)光二極(ji)管和晶(jing)體管等。當(dang)前，多(duo)(duo)數鈣鈦(tai)礦(kuang)基光電(dian)器件以多(duo)(duo)晶(jing)薄(bo)(bo)膜(mo)制備為(wei)主(zhu)。與單(dan)晶(jing)相比，多(duo)(duo)晶(jing)薄(bo)(bo)膜(mo)表(biao)現出較差的(de)電(dian)荷(he)傳輸特(te)性，并且容(rong)易發(fa)生化學降(jiang)解。此外，鈣鈦(tai)礦(kuang)單(dan)晶(jing)因其無擴(kuo)展缺(que)陷(xian)（晶(jing)界）而(er)(er)具有許多(duo)(duo)優點，包括高遷移率(lv)，長(chang)復合壽(shou)命，低離子遷移率(lv)和高穩定性。

對于(yu)鈣(gai)鈦礦材料結(jie)晶(jing)(jing)(jing)，各國研究(jiu)者已經開發了(le)多種策略，包括逆溫結(jie)晶(jing)(jing)(jing)，反溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)蒸汽(qi)輔(fu)助結(jie)晶(jing)(jing)(jing)，配(pei)體輔(fu)助結(jie)晶(jing)(jing)(jing)，液(ye)相分(fen)離誘(you)導結(jie)晶(jing)(jing)(jing)，高溫熔融生長和液(ye)相降溫結(jie)晶(jing)(jing)(jing)方法(fa)。其中(zhong)，基于(yu)溶(rong)(rong)液(ye)的鈣(gai)鈦礦結(jie)晶(jing)(jing)(jing)方法(fa)是(shi)常用(yong)的選擇。然(ran)而，在(zai)溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong)快速(su)生長高質(zhi)量的鈣(gai)鈦礦單晶(jing)(jing)(jing)依然(ran)面對諸(zhu)多挑戰。在(zai)控溫結(jie)晶(jing)(jing)(jing)法(fa)中(zhong)，熱(re)對流容易(yi)擾亂結(jie)晶(jing)(jing)(jing)秩序而形(xing)成大(da)量缺(que)陷。在(zai)反溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)或配(pei)體輔(fu)助結(jie)晶(jing)(jing)(jing)法(fa)中(zhong)，雖然(ran)排(pai)除(chu)了(le)溫度梯度的干擾，但(dan)精準控制反溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)擴(kuo)散難度較大(da)。

此外，反溶劑(ji)引起的(de)(de)區域的(de)(de)溶解度(du)(du)不均勻，易造成溶液組分(fen)(fen)的(de)(de)偏差，影響晶體質(zhi)量(liang)。液相分(fen)(fen)離誘導結晶方法通過室溫(wen)緩慢(man)蒸發溶劑(ji)來能夠制(zhi)備出高質(zhi)量(liang)的(de)(de)MAPbBr3單(dan)晶，但(dan)溶劑(ji)擴散緩慢(man)，限(xian)制(zhi)了單(dan)晶的(de)(de)生長速度(du)(du)。

基于以上挑戰，山東大學空間科學與物理學院空間科學攀登團隊行星科學課題組在系統研究界面張力對(dui)鈣鈦礦(kuang)結晶過程作用機理的基礎(chu)上，開發了(le)一(yi)種PDMS（聚二甲基硅氧(yang)烷）輔助溫度(du)梯度(du)晶體(ti)生長技術（PTG）。

圖(tu)1. MAPbBr3鈣鈦礦結(jie)晶(jing)與晶(jing)體生(sheng)長(chang)。(a) PDMS輔助結(jie)晶(jing)原理圖(tu)；(b) 形(xing)核半徑與自(zi)(zi)由(you)能(neng)的(de)(de)(de)關系(xi)；(c) 溶液的(de)(de)(de)表面和內部(bu)的(de)(de)(de)形(xing)核半徑的(de)(de)(de)比較；(d)生(sheng)長(chang)過程中自(zi)(zi)由(you)能(neng)變化圖(tu)解(jie)；(e)界(jie)面懸(xuan)浮生(sheng)長(chang)的(de)(de)(de)力學圖(tu)解(jie)。

 利用(yong)(yong)PTG技術，課題組能(neng)夠快速(su)制(zhi)(zhi)備(bei)出(chu)了高(gao)(gao)質量(liang)的(de)MAPbBr3鈣(gai)(gai)鈦礦單晶(jing)(jing)。該(gai)單晶(jing)(jing)展(zhan)現出(chu)紀(ji)錄(lu)級的(de)最(zui)窄XRD搖(yao)擺曲(qu)線半峰寬0.00806o，以及1002 ns的(de)長載流(liu)子壽(shou)命和4.25×109 cm-3超低缺(que)陷(xian)態密度(du)。利用(yong)(yong)自產的(de)MAPbBr3鈣(gai)(gai)鈦礦單晶(jing)(jing)制(zhi)(zhi)作的(de)X射線探(tan)測器，實(shi)現了7275μC Gy-1 cm2的(de)高(gao)(gao)靈敏(min)度(du)和0.67μGy-1的(de)低探(tan)測極(ji)限。該(gai)課題組的(de)研(yan)究工作首次揭示界(jie)面張(zhang)力在(zai)鈣(gai)(gai)鈦礦晶(jing)(jing)體生(sheng)長過程(cheng)中作用(yong)(yong)機理，為(wei)高(gao)(gao)質量(liang)鈣(gai)(gai)鈦礦單晶(jing)(jing)的(de)快速(su)制(zhi)(zhi)備(bei)提供了一種有效可行的(de)方法，也為(wei)深空高(gao)(gao)能(neng)射線探(tan)測器的(de)研(yan)制(zhi)(zhi)提供了一種新的(de)選擇。

相關研究(jiu)成果以“Interface Tension Assisted Temperature-Gradient Crystallization for High-Quality MAPbBr3 Perovskite Single Crystals with Low Defect Density”為(wei)題目，以研究(jiu)論文的(de)形式發表在ACS Applied Material&Interfaces。