【布局】微软年砸 5 亿美元成 Anthropic 大客户，多元 AI 战略成形

1.北理工课题组在二维金刚石的高温高压可控制备方面取得重要进展

2.西安交大申胜平教授基于力电化学耦合破局金属负极枝晶生长研究成果在《自然通讯》发布

3.西安交大张锦英教授团队在紫磷半导体转化研究方面取得进展

4.北京大学王路达团队在MEMS气体传感器领域取得进展

5.微软年砸 5 亿美元成 Anthropic 大客户，多元 AI 战略成形

1.北理工课题组在二维金刚石的高温高压可控制备方面取得重要进展

北京理工大学前沿交叉科学院陈亚彬教授课题组与爆炸科学与安全防护全国重点实验室张建国教授团队开展紧密合作，近日在极端环境下二维金刚石的可控制备方面取得重要突破，该工作在高温高压下由少层石墨烯成功制备出厚度可控、结构稳定的二维超薄金刚石，并深入探究其结构转变机制。相关研究成果以题为“Experimental Demonstration and Transformation Mechanism of Quenchable Two-dimensional Diamond”发表在国际学术期刊《Nature Communications》上，化学与化工学院博士研究生李嘉荫为论文第一作者，北京理工大学陈亚彬教授和张建国教授为共同通讯作者。

二维金刚石因其独特的sp3杂化方式、原子级厚度以及量子限域效应，被认为有望继承体相金刚石优异的硬度、热导率和化学稳定性，同时展现出独特的物理化学性质，在纳电子学和光电子学领域具有巨大的应用潜力，成为新一代碳基功能材料（二维金刚石的研究进展，高压物理学报，2025，DOI:10.11858/gywlxb.20251248）。尽管理论上对其结构与性质有着诸多预测，但长期以来，二维金刚石的实验制备与相变机制一直是该研究领域的难题（J. Ming, et al, Adv Mater, 2025, 37(42), e11137）。陈亚彬教授课题组与张建国教授团队通过自主设计并搭建的双面激光加热金刚石对顶砧系统（授权发明专利号ZL 2022 1 0136753.X），在极端压力（GPa级别）和极端温度（1200 ~ 3500 K）条件下，成功实现了从三层碳原子到数百纳米厚度范围内二维金刚石的可控制备，如图1所示。

图1. 高温高压条件下三层二维金刚石的可控合成及表征

研究团队利用金属铼箔作为石墨烯支撑基底与辅助吸热材料，结合高温高压技术，成功制备出厚度低至三层碳原子的二维金刚石（32.3 GPa，2924 K，厚度约1 nm）。通过高分辨透射电镜、显微拉曼光谱、荧光光谱等表征手段，系统揭示了其晶体结构与光学性质。实验表明，二维金刚石产物展现出极窄的金刚石拉曼特征峰（半峰宽约3.6 cm-1），表明其具有优异的晶体质量。微区荧光光谱测试表明，二维金刚石产物展现出了丰富的发光色心，如NV0、SiV-等，这在量子计算和传感器件等领域具有重要的应用前景。

在微观结构与相变机制方面，高分辨透射电镜结果表明二维金刚石中包括立方金刚石（CD）和六方金刚石（HD）两种结构，sp3杂化比例高达89.9%。团队通过分析混合相界面的原子排列，揭示了菱方石墨（RG）作为中间相在六方石墨（HG）向立方金刚石转变过程中的关键作用，并分别确定了六方相石墨向六方相金刚石与立方相金刚石转变过程中的晶体学取向关系，即(002)HG∥(100)HD与(002)HG∥(003)RG∥(111)CD，为揭示碳材料的相变路径提供了实验依据。此外，研究还发现二维金刚石的光学带隙（1.4 ~ 1.9 eV）和热稳定性（高达1000 °C）与其内部的sp3含量密切相关，展现出优异的可调控性。

图2. 二维金刚石产物的微观结构表征。

该研究成果不仅为二维金刚石的可控制备提供了新的思路，也为深入理解碳同素异形体之间的相变机制提供了关键线索，对推动新型碳基纳米材料的设计、合成与应用具有重要意义。

该研究得到了国家自然科学基金等多个项目的支持。该工作第一完成单位为北京理工大学，并得到了南京大学、北京高压科学与技术研究中心等多个单位的鼎力支持。

2.西安交大申胜平教授基于力电化学耦合破局金属负极枝晶生长研究成果在《自然通讯》发布

近日，西安交大申胜平教授团队基于力电化学耦合破局金属负极枝晶生长研究成果在国际高水平期刊《自然通讯》发布。

如何破局金属负极不可控枝晶生长，是金属电池性能飞跃与本质安全所面临的最底层瓶颈之一。该瓶颈的突破是推动金属电池技术迭代的关键，亦是全固态电池等未来储能体系迈向商业化的必经之路。在负极构筑人工固态电解质界面（ASEI）的枝晶抑制策略早在三十年前就被提出。然而，该策略至今仍未对高性能金属电池的商业化应用做出实质性贡献。究其原因：1）简单ASEI的枝晶抑制效力有限；2）ASEI长期服役于力–电–化学耦合的复杂工况，要求兼备高强韧/抗疲劳的力学性能、高离子电导率和化学稳定性，致使多机制协同改善的普适性设计原理与准则缺失；3）既有的ASEI设计方法过度依赖化学成分调控，然而特定的化学配方往往只能指向性地促进某一/些机制，且配方缺乏兼容性，难以通过“配方叠加”实现多机制协同和性能突破。对此，当我们拷问“如何将‘引入ASEI’发展为支撑‘金属电池商业化’的实用手段”时，一个最直接的逻辑疑惑是：是否存在一条既能兼容化学成分调控，又能协同力–电–化学机制，且具有高效力的普适性ASEI设计路径？

图1. ZnS ASEI的晶体取向调控机制与多尺度结构表征。a，锌离子在Zn (002)、ZnS (111)、ZnS (220)及ZnS (311)等不同晶面上的吸附构型、吸附能及差分电荷密度分布；b-e，具有(111)择优取向的ZnS ASEI的SEM图像、掠入射X射线衍射（GIXRD）、(111)取向极图及高分辨TEM图像。

图2. ZnS (111)织构强度主导的电极循环稳定性、电化学动力学及力学强度差异。电极循环稳定性：a，对称电池的恒电流锌沉积/剥离循环性能（2.0 mA cm-2，2.0 mAh cm-2）；b，半电池的库伦效率测试（8.0 mA cm，1.0 mAh cm-2）；c，不同电流密度下的循环服役寿命。电化学动力学：d-f，对称电池的阻抗谱、反应活化能及离子电导率的对比分析。力学强度：g，不同应变率下的纳米压痕硬度；h-i，不同最大载荷及加载速率下的蠕变测试；j，闪锌矿相ZnS的弹性模量各向异性计算；k，纳米压痕实测ASEI弹性模量；l，施密特因子计算。

图3. ZnS (111)织构强度主导的枝晶抑制能力。a，0.5 mAh cm-2容量下的锌沉积形貌对比；b-c，沉积层表面的高度轮廓云图及代表性线性截面高度分布；d-e，统计枝晶峰宽及表面高度波动分析。

图4. 晶界密度（ρGB）主导的循环稳定性、电化学动力学及力学强度。力学强度：a，不同应变率下的纳米压痕硬度；b-c，不同加载条件下的蠕变测试。电化学动力学：d-g，阻抗谱、反应活化能、离子电导率及循环伏安测试（内嵌沉积/剥离电位放大图）。循环稳定性：h-j，恒电流循环寿命（2.0 mA cm-2，2.0 mAh cm-2）、库伦效率（8.0 mA cm-2，1.0 mAh cm-2）及不同电流密度下的循环周次。

图5. 晶界密度主导的ZnS ASEI失效模式及力-电化学耦合调控机制。a-b，ASEI损伤形貌与枝晶高度轮廓；c-e，ASEI失效机制示意图：揭示过低晶界密度、最优晶界密度及过高晶界密度三种情形下的ASEI演化及沉积层生长过程；f，混合蒙特卡洛/分子动力学模拟，基于原子熵分布揭示晶界密度决定的动力学过程。

图6. 晶体学微结构工程—ASEI设计新范式。a，工程化路径：通过协同调控关键微结构特征，平衡电化学动力学与力学强度，以实现循环稳定性的最优化；b，效能对比：晶体学微结构工程相较于化学组分调控、电解液工程、锌基体设计等传统策略，在提升锌负极循环寿命方面展现出显著优势。

面对上述挑战，西安交通大学航天航空学院力化学耦合与智能介质实验室申胜平教授团队独辟蹊径，将ASEI设计的视角从传统的“化学成分优化”转向“晶体学微结构特征精准调控”。研究发现，ASEI的单一晶体学微结构特征（如晶体取向、晶界密度）存在抑制枝晶的临界最优状态。通过有序整合多个最优微结构特征，可实现既定ASEI成分下的力-电-化学机制最优协同，达到枝晶抑制效力极值。该策略兼具高效力与普适性，并能与传统化学调控策略兼容，为构建下一代高稳定性、长寿命的金属电池开辟了新路径。相关研究成果以《面向稳定锌电极的人工固态电解质界面晶体微结构工程》（Crystallographic Microstructure Engineering for Artificial Solid Electrolyte Interphases toward Stable Zinc Electrode）为题发表于《自然通讯》（Nature Communications）期刊。

研究聚焦于晶体取向与晶界密度两大核心微结构特征，系统揭示了二者对枝晶生长及ASEI损伤机制的调控规律，并深入剖析了背后的力–电–化学耦合机制。通过厘清上述构效关系，以ZnS ASEI为典型案例，成功锁定了该体系下的最优微结构状态。研究发现，ZnS（111）取向展现出独特的力–电–化学协同优势，兼具更优的力学强度和电化学动力学，显著提升了ASEI的损伤容限，被确定为本征最优取向。相比之下，晶界密度则引发了力学强度和电化学动力学的竞争效应。随着密度增加，二者呈现相反的变化趋势。电极寿命测试证实了这一结果——寿命随晶界密度呈“先升后降”的非单调变化，并在~55 μm/μm2处达到峰值。该临界值即为兼顾力-电-化学性能的最优晶界密度。基于上述发现，研究团队将最优晶体取向（111）与最优晶界密度（~55 μm/μm2）精准整合到ZnS ASEI设计中，所构筑的ASEI不仅有效调控了锌离子的均匀扩散与沉积，同时确保高损伤容限，最终实现无枝晶的理想负极形貌。该策略使得金属负极的循环寿命提升了18倍，在5 mA cm-2的高电流密度下稳定循环超3400次，平均库伦效率高达99.92%。该工作突破了传统依赖化学成分调控的ASEI设计范式，创新了“基于晶体学微结构特征精准调控实现力–电–化学机制最优协同”的设计路线。随后，通过系统分析Zn、Li、Na等负极体系ASEI的晶体学微结构设计及相应的性能优化，证实了该设计路线的普适性，为高稳定性、长寿命金属电池的开发提供了原理与技术指导。

西安交通大学博士研究生曹宏宇为论文第一作者，庄丰年、盛唐、刘文源、白志文、兰梦蝶、李肇奇参与了相关工作；申胜平教授、郁汶山教授、王艳飞副教授为论文共同通讯作者。西安交通大学航天航空学院、复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室为论文唯一作者单位。该研究得到了国家自然科学基金委重大项目等资助。

3.西安交大张锦英教授团队在紫磷半导体转化研究方面取得进展

紫磷作为最稳定的磷同素异形体，在光电及催化领域展现出优异性能。调控其能带结构与载流子有效质量是提升半导体性能的关键，其中原子替代是一种有效策略。然而，在磷基半导体中实现原子替代并同时保持其本征晶体结构仍具挑战，尤其是难以确定原子取代位置和比例。因此，合成具有明确原子结构的紫磷基替代单晶，并阐明其载流子有效质量与迁移率的调控规律，对于推动高性能半导体器件的发展具有重要意义。

针对以上问题，西安交通大学电气工程学院、电工材料电气绝缘全国重点实验室张锦英课题组首次合成了紫磷砷单晶并实现了p型紫磷向高性能n型紫磷砷的半导体类型转变。课题组采用熔融铅法成功合成了紫磷砷单晶，通过单晶X射线衍射技术解析了其晶体结构为P83.4As0.6（CSD-2408761)，其结构与紫磷相似，其中P12位置被砷/磷（As/P）原子占据成为As1/P12的混合占据位点。实验和理论计算证明，砷取代可以调整紫磷的能带结构，将p型紫磷转换为高性能n型紫磷砷。通过砷替代，沿<010>方向的有效电子质量从1.792 m0显著降低到0.515 m0，从而使紫磷砷的电子迁移率提高至2622.503 cm2 V-1 s-1。在常温空气氛围中测试P83.4As0.6纳米片（61.2 nm）构建的场效应晶体管获得137.06 cm V-1 s-1的高电子迁移率，远高于紫磷纳米片的空穴迁移率（4.07 cm2 cm2 V-1 s-1，73.3 nm）。本工作为设计用于场效应晶体管的磷基材料提供了新思路。

上述研究成果以《紫磷砷：砷替代使p型半导体转化成高性能n型半导体》（Violet Arsenic Phosphorus: Switching p‑Type Into High Performance n‑Type Semiconductor By Arsenic Substitution）为题发表在材料领域顶级期刊《纳微快报》（Nano-Micro Letters，影响因子36.3）上。论文第一作者为西安交通大学电气学院博士生翟锐、赵雪雯和硕士生温卓睿，通讯作者为西安交通大学电气学院张锦英教授，该工作由国家自然科学基金、电气绝缘与电力设备国家重点实验室项目、中央高校基本科研业务费自由探索专项资金、西安交通大学青年拔尖人才支持计划支持，也得到了西安交通大学分析测试共享中心的大力支持。

4.北京大学王路达团队在MEMS气体传感器领域取得进展

基于微机电系统（MEMS）技术的气体传感器，因其体积小、功耗低、易于集成等优势，在环境监测、工业安全、医疗健康等领域具有广泛的应用前景。近日，王路达团队在MEMS氢敏传感器方向实现突破，为推动氢能安全利用提供了技术支撑。利用金属氧化物半导体（MOS）的电阻式气体传感器，凭借其良好的成本效益、长期稳定性及与MEMS工艺的高度兼容性，已成为气体传感器商业化的重要方向之一。然而，传统气敏材料合成方法如水热法、溶胶-凝胶法和电纺丝技术，往往面临复现性不足、难以规模化制备等问题。物理气相沉积（PVD）技术具有优异的工艺可控性与扩展性，可在晶圆级基底上实现成分与厚度精确调控的薄膜制备，为发展高性能、可集成的氢气传感器提供了较理想的工艺平台。

图1 Pd-Ta2O5/SnO2基氢气传感器晶圆及性能展示

针对MOS基电阻式氢气传感器现存的挑战，北京大学集成电路学院王路达课题组依靠微米纳米加工技术全国重点实验室平台，通过构建氧化钽-氧化锡异质结并修饰电子束蒸发制备的钯纳米催化层，开发了一种先进的氢气传感平台（如图1）。本研究采用与MEMS工艺兼容的晶圆级沉积方法制备出Pd-Ta2O5/SnO2气敏材料，展现出2.3秒和7.2秒的超快氢气响应与传感器恢复速度，且在150°C的工作温度下，实现了极高的灵敏度（Ra/Rg = 1398）。同时，其对氢气检测表现出优异的选择性，对甲烷、乙醇、一氧化碳和乙烷等常见干扰气体选择比大于800。在响应速度、灵敏度及选择性等关键指标上均达到国际先进水平。该工作通过优化反应溅射工艺，实现了均匀、高质量的异质结薄膜制备，工艺扩展性强，为基于MEMS工艺的电阻式气体传感器开发提供了新路径。

相关成果以“Wafer-scale Pd-decorated Ta2O5/SnO2 heterojunction sensor for ultrafast and sensitive hydrogen detection”为题，发表在《Sensors and Actuators B: Chemical》上（

https://doi.org/10.1016/j.snb.2026.139432）。北京大学集成电路学院2022级博士研究生佟峻赫为第一作者，王路达研究员为通讯作者。以上研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持。