学界首次制备氮化镓纳米晶体
7月15日，美国芝加哥大学联合阿贡国家实验室团队在国际顶刊《Nature》刊发重磅研究，采用全新熔融盐制备工艺，全球首次实现氮化镓等金属氮化物胶体纳米晶可控合成，打破长期以来金属氮化物无法制备纳米晶体的技术壁垒，为印刷电子、柔性照明、医疗植入、工业催化等赛道开辟全新材料路径。
纳米晶体是2023年诺贝尔化学奖核心研究方向，该尺度材料具备独特光电、催化特性，但过往合成体系仅适配少量材料，金属氮化物长期难以实现纳米化。金属氮化物化学键键能极高，晶体成型过程中离子难以完成键的断裂与重组，传统合成路线完全无法产出分散性良好的纳米晶，成为领域长期存在的核心约束。
本次研究团队提出熔融盐+精准温压调控的全新合成方案：以熔融无机盐替代传统有机溶剂作为反应介质，同时匹配专属温度、氨气压力区间，创造金属-氮化学键可自由解离、重组的反应条件，彻底颠覆行业传统合成思路。依托该工艺，团队成功稳定制备近十类金属氮化物纳米晶，核心代表包括氮化镓、氮化钛、氮化铌、氮化钼等主流功能氮化物材料。
各类材料对应成熟产业应用场景清晰：氮化镓是LED、屏幕、射频功率器件核心基材；氮化钛适配医用植入物；氮化铌为工业超导材料；氮化钼广泛用作化工催化剂。此前上述材料仅能加工为刚性薄膜，制成纳米晶后可直接混入高分子基材、喷墨打印成型，能够集成于织物、可弯曲基板，支撑柔性显示、穿戴电子、曲面照明等新型设备制造，大幅拓宽第三代半导体氮化物材料的应用边界。
论文第一作者、芝加哥大学研究生Ruiming Lin表示，电镜观测下纳米晶尺寸均匀可控，单颗晶体尺度仅数十纳米，数十亿颗晶体可容纳于指甲盖大小区域，材料量产原料成本低廉，具备后续产业转化潜力。项目通讯作者Dmitri Talapin教授评价，该成果突破氮化物纳米材料领域底层限制，为全系列金属氮化物纳米化应用奠定基础。
本次研究依托芝加哥大学材料科学工程中心、阿贡纳米材料中心设备资源完成，研究经费由美国能源部、三星量子点合作项目、美国空军科研办公室、美国国家科学基金会联合支持。
（文/集邦化合物半导体整理）
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