研究背景
無機半導體是信息、能源和柔性電子等領域的核心材料。與傳統的金屬材料相比，無機半導體具有優異的電子和光學性能，在高性能電子器件、光伏能源轉換及傳感器等方面具有廣泛應用。然而，無機半導體通常以共價鍵或離子鍵結合，具有較強的鍵方向性，這限制了位錯運動，使其在室溫下呈現脆性。因此，在冷加工過程中，這類材料往往易發生脆性斷裂，嚴重制約了其大規模制造和柔性電子器件的應用。近年來，研究者陸續發現部分無機半導體可以在室溫下發生塑性變形，但其變形機制尚未完全揭示，如何實現高塑性、易加工的無機半導體仍面臨巨大挑戰。為此，浙江大學朱鐵軍/付晨光團隊、鄧天琪研究員合作在“Nature Materials”期刊上發表了題為“Iterative sublattice amorphization facilitates exceptional processability in inorganic semiconductors”的最新論文。該團隊制備了一種Ag?Te???S? (0.3 ≤ x ≤ 0.6) 半導體材料，并揭示了其獨特的室溫塑性變形機制。研究發現，該材料在外力作用下，其晶態 Te/S 亞晶格會均勻轉變為無定形態（亞晶格非晶化），同時 Ag 陽離子能夠在其中無序擴散，從而賦予材料超高的塑性變形能力。 利用同步輻射、原位 XRD、透射電鏡（TEM）分析及分子動力學模擬等手段，團隊發現微小應力即可誘導材料發生亞晶格非晶化，并創新性地提出了迭代亞晶格非晶化策略。基于這一機制，Ag?Te???S? 在室溫下表現出類似金屬的塑性加工性能，可進行拉絲、彎曲、鍛造等多種加工方式，且輥軋延伸率高達10,150%，遠超傳統無機半導體。該研究不僅深化了對無機半導體塑性變形機制的理解，還為其在柔性電子、可穿戴設備、智能仿生等領域的應用提供了新的加工策略。
研究亮點
(1) 實驗首次 在無機半導體 Ag?Te???S? (0.3 ≤ x ≤ 0.6) 中發現了一種室溫塑性變形機制——亞晶格非晶化結合 Ag 離子擴散，并實現了 高達 10,150% 的超高延展性，使其具備類似金屬的塑性加工能力。
(2) 實驗通過 同步輻射、原位 XRD、TEM 分析以及分子動力學模擬，揭示了該材料的塑性變形機制，并得到了以下結果：
在外部應力作用下，Te/S 亞晶格發生均勻非晶化，而 Ag 陽離子則持續與 Te/S 陰離子鍵合，從而賦予材料優異的塑性。
該材料在輕微拋光后即可發生亞晶格非晶化，表現出極低的變形激活能。
該非晶化過程可以通過簡單的退火逆轉回晶態，提出了“迭代亞晶格非晶化”策略，實現了類似金屬的拉絲、彎曲、鍛造等塑性加工。
- 該研究突破了無機半導體傳統的脆性限制，為其柔性電子、可穿戴設備、智能仿生等應用提供了新思路，并推動了室溫塑性無機半導體的探索。
圖文解讀
圖1. Ag2Te1-xSx無機半導體的類金屬加工特性。圖2. Ag2Te1-xSx變形過程中的物相結構演變。圖4. 基于迭代亞晶格非晶化策略實現Ag2Te0.6S0.4的超高延伸，構筑原型柔性熱電器件。
結論展望
綜上所述，本文揭示了 Te/S 亞晶格非晶化結合 Ag 離子擴散 是立方相 Ag?Te???S? (0.3 ≤ x ≤ 0.6) 無機半導體的室溫塑性變形機制。在外力作用下，Te/S 亞晶格發生非晶化以適應應變，而無序分布的 Ag 離子與 Te/S 原子持續鍵合，從而保持結構完整性，賦予 Ag?Te???S? 材料卓越的塑性變形能力。基于此，作者提出了一種 迭代晶-非晶轉變策略，實現了 Ag?Te???S? (0.3 ≤ x ≤ 0.6) 的類金屬加工能力，其中 Ag?Te?.?S?.? 在室溫下可通過冷軋實現 高達 10,150% 的超高延展率，并具備 冷拉伸、冷鍛造 等能力，這一現象進一步證實了亞晶格非晶化變形機制的合理性。 得益于優異的加工性能，通過冷軋獲得的 Ag?Te???S? 薄片可被輕松剪裁，從而 簡化柔性電子器件的低成本制造。這一獨特的 亞晶格非晶化介導的塑性變形機制 將推動更多塑性無機半導體的探索，而 類金屬成型能力 將極大促進其在 柔性電子和可變形器件 領域的應用和低成本制造。Wang, Y., Li, A., Hong, Y. et al. Iterative sublattice amorphization facilitates exceptional processability in inorganic semiconductors. Nat. Mater. (2025). https://doi.org/10.1038/s41563-024-02112-7
