晶体是物质在一定条件下存在的结构最完美和热力学最稳定状态，可以最大限度地反映材料的本征和极限性能。因此将材料制备成合适形态的单晶成为许多高科技应用的基石，例如基于单晶硅片制备逻辑和存储芯片，以及喷气式发动机所用的单晶合金涡轮叶片。功能晶体作为光、电、声、磁、力、热等各种能量形式转化的媒介，已经成为信息技术时代的基础材料。  

  随着功能器件向微型化和柔性化的发展需求,一系列新兴功能材料的微/纳米级晶体成为构建新一代功能器件的材料基础。然而，前期开发的成熟的体块单晶生长技术，例如提拉法和助熔剂法等，很难用于低维和有机分子材料，同时也不足以实现微/纳米晶体的大规模生产。长久以来，实验室对新型低维材料的研究依赖于机械剥离、溶液法和化学/物理气相沉积等方法，这些方法在效率、可控性和适用性等方面存在诸多限制，因此发展高效、可控的低维晶体新型生长方法成为这些新型器件实用化的前提。

  山东大学刘阳、陶绪堂教授团队开发了一种用于生长尺寸可控单晶的普适性、高产率的新型方法，这种方法被称作压片助熔剂法(Compressed Flux Growth，CFG)。通过巧妙地利用聚合物(如聚二甲基硅氧烷和聚乙二醇等)作为晶体生长的助熔剂，配合可调节的压缩生长空间，可以将各种有机、无机材料生长成大小、厚度均可控的单晶薄片，原料利用率接近100 %，单次生长可达数百万片。该工作以“Polymer‐Assisted Compressed Flux Growth: A Universal and High‐Yield Method for Dimension‐Controlled Single Crystals”为题发表在《先进材料》上（Adv. Mater. 2023）。文章第一作者是北京工业大学助理研究员葛超和山东大学郑晓鑫博士，该研究工作得到了国家自然科学基金委、晶体材料国家重点实验室、山东省杰出青年基金和国家重点研发计划的大力资助。

图1. 压片助熔剂法生长并五苯单晶薄片，硅油作为聚合物助熔剂。 图片来源：Adv. Mater.

图2. 压片助熔剂法不同聚合物助熔剂的采用以及生长晶体的普适性。图片来源：Adv. Mater.

小结：

  压片助熔剂法(CFG)具备多种优点，包括:

  (i)CFG适用于多种材料(包括有机半导体、药物、无机盐、金属有机配合物等)的晶体生长，具有普适性。即使是溶解度低、稳定性差、结晶能力差的材料(如并五苯、DNTT和spiro-OMeTAD等)，也可以生长成高质量的单晶; 同时，助熔剂的选择范围广，常见的聚合物如硅油、聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇双(2-氨基丙醚)(PEA)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚偏氟乙烯(PVDF)等都可作为CFG的助熔剂，以适应不同种类的晶体生长。

  (ii)CFG能够克服晶体本征习性和尺寸的影响，生长的准二维晶片横向尺寸和厚度均可调节，厚度从几十纳米到几百纳米不等；并且由于准均相成核和扩散限制生长机制，晶体尺寸具有较窄的分布范围。

  (iii)CFG可以实现大批量均匀低维晶体的生长，单次生长每平方厘米可产出数十万个单晶薄片；而且由于聚合物助熔剂与溶质特殊的互溶性（低温下不溶，熔点附近高度互溶），原料利用率接近100 %。

  (iv)CFG生成的单晶薄片可通过制成打印油墨等方式，直接集成到电子器件中，演示的 5英寸场效应晶体管阵列证实了大规模器件集成的可行性。这种方法为大规模集成微/纳单晶功能器件提供了一种全新的生产策略。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202210685

  下载：Polymer‐Assisted Compressed Flux Growth: A Universal and High‐Yield Method for Dimension‐Controlled Single Crystals