▍本文由論文作者團(tuán)隊(duì)（課題組）投稿

透明導(dǎo)電材料被廣泛應(yīng)用于平板顯示器、太陽(yáng)能電池以及新興的柔性透明電子產(chǎn)品等。目前，人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了可見(jiàn)光、近紅外和中紅外波段的透明導(dǎo)電材料，但遠(yuǎn)紅外波段的透明導(dǎo)電材料尚未研制成功，這限制了遠(yuǎn)紅外電磁屏蔽、紅外熱偽裝、光探測(cè)、生物傳感等技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。

高的遠(yuǎn)紅外透明性需要材料在8-12 μm波段內(nèi)具有極低的光吸收率。高的導(dǎo)電性需要材料具有高的載流子濃度和遷移率。然而，由于載流子在輸運(yùn)電流的同時(shí)不可避免地會(huì)引起帶內(nèi)躍遷吸收，所以高的遠(yuǎn)紅外透明性與高的導(dǎo)電性之間存在一定的沖突，這是限制遠(yuǎn)紅外透明導(dǎo)電材料發(fā)展的經(jīng)典問(wèn)題。

近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)朱嘉琦教授、吉林大學(xué)胡超權(quán)教授、沈亮教授團(tuán)隊(duì)在遠(yuǎn)紅外透明導(dǎo)電材料領(lǐng)域取得了突破性成果。

他們首次提出通過(guò)增大光學(xué)介電常數(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)紅外透明導(dǎo)電協(xié)同的全新策略，由此發(fā)展了以少電子多中心鍵為特征的遠(yuǎn)紅外透明導(dǎo)電材料家族。

該成果以“Far-infrared transparent conductors”為題發(fā)表在Light: Science & Applications。論文通訊作者為哈爾濱工業(yè)大學(xué)朱嘉琦教授、吉林大學(xué)胡超權(quán)教授和沈亮教授。第一作者為吉林大學(xué)胡超權(quán)教授，第二作者為吉林大學(xué)碩士畢業(yè)生周子劍。本工作特別感謝國(guó)家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目（52032004）的資助。

圖1展示了本論文的研發(fā)策略與新材料。

首先，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種不同于傳統(tǒng)化學(xué)鍵的特殊鍵合——少電子多中心鍵，由這種鍵合組成的材料由于具有強(qiáng)電子位移極化效應(yīng)而具有極大的光學(xué)介電常數(shù)（ε???）（圖1a）。

然后，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)低離化度、低雜化度和低飽和度是少電子多中心鍵形成的必要條件，并據(jù)此預(yù)測(cè)出八面體構(gòu)型的重金屬硫?qū)倩衔锛捌涔倘荏w是一類(lèi)高ε???材料（圖1b）。

通過(guò)4個(gè)材料體系的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，證明了含有淺能級(jí)缺陷的高ε???材料確實(shí)具有優(yōu)異的遠(yuǎn)紅外透明導(dǎo)電性質(zhì)，填補(bǔ)了遠(yuǎn)紅外透明導(dǎo)電材料的空白（圖1c）。

最后，該團(tuán)隊(duì)利用這些高ε???材料研制出第一種“連續(xù)膜”型遠(yuǎn)紅外電磁屏蔽器，性能優(yōu)于傳統(tǒng)屏蔽器（圖1d）。

這種新材料也可以應(yīng)用于其他技術(shù)領(lǐng)域，例如遠(yuǎn)紅外光電探測(cè)器（圖 1e）。

圖1: 遠(yuǎn)紅外透明和導(dǎo)電的材料設(shè)計(jì)。（a）等離子體吸收邊和光學(xué)介電常數(shù)之間的正相關(guān)性。（b）少電子多中心鍵的三個(gè)形成條件，以及研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的八面體構(gòu)型重金屬硫族化物及其固溶體。（c）傳統(tǒng)透明導(dǎo)電材料以及新開(kāi)發(fā)材料的等離子體吸收邊和室溫導(dǎo)電率。（d）“連續(xù)膜”型遠(yuǎn)紅外電磁屏蔽器。（e）遠(yuǎn)紅外光電探測(cè)器。

相較于大家熟知的可見(jiàn)光透明導(dǎo)電材料ITO，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的遠(yuǎn)紅外波段的透明導(dǎo)電材料有望在光電探測(cè)器、隱形傳感器等領(lǐng)域發(fā)揮作用，填補(bǔ)傳統(tǒng)ITO無(wú)法觸及的技術(shù)空白。紅外透明與導(dǎo)電難協(xié)同這一瓶頸問(wèn)題的解決將為紅外光電子物理、材料和器件的發(fā)展鋪平道路。

| 論文信息 |

Hu, C., Zhou, Z., Zhang, X. et al. Far-infrared transparent conductors. Light Sci Appl 12, 98 (2023).

https://doi.org/10.1038/s41377-023-01139-w

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