金屬鹵化(hua)物鈣鈦礦材料(liao)以(yi)其(qi)優異(yi)的(de)光(guang)電(dian)(dian)(dian)半導(dao)體(ti)性能而被(bei)廣泛應用于光(guang)電(dian)(dian)(dian)器(qi)件(jian)的(de)研究，如太陽能電(dian)(dian)(dian)池、光(guang)電(dian)(dian)(dian)探測器(qi)、激(ji)光(guang)器(qi)、發光(guang)二(er)極管(guan)和(he)晶(jing)體(ti)管(guan)等。當前，多數鈣鈦礦基光(guang)電(dian)(dian)(dian)器(qi)件(jian)以(yi)多晶(jing)薄(bo)膜(mo)制備為(wei)主(zhu)。與單晶(jing)相比，多晶(jing)薄(bo)膜(mo)表(biao)現出較差的(de)電(dian)(dian)(dian)荷傳輸特(te)性，并且容易發生化(hua)學(xue)降解。此外，鈣鈦礦單晶(jing)因其(qi)無擴展缺(que)陷(xian)（晶(jing)界）而具有許多優點，包括高遷(qian)移率，長復合壽命，低(di)離子遷(qian)移率和(he)高穩定性。

對于(yu)鈣鈦(tai)(tai)礦(kuang)材料結(jie)(jie)晶，各國研究者已(yi)經(jing)開發了多種策略，包(bao)括逆溫(wen)結(jie)(jie)晶，反溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)蒸汽輔助(zhu)結(jie)(jie)晶，配(pei)體(ti)輔助(zhu)結(jie)(jie)晶，液相分(fen)離誘導結(jie)(jie)晶，高溫(wen)熔融生長(chang)和(he)液相降溫(wen)結(jie)(jie)晶方法。其中(zhong)，基(ji)于(yu)溶(rong)(rong)液的(de)鈣鈦(tai)(tai)礦(kuang)結(jie)(jie)晶方法是常用的(de)選擇。然而，在(zai)(zai)溶(rong)(rong)液中(zhong)快速生長(chang)高質(zhi)量的(de)鈣鈦(tai)(tai)礦(kuang)單晶依然面對諸(zhu)多挑戰。在(zai)(zai)控(kong)溫(wen)結(jie)(jie)晶法中(zhong)，熱(re)對流容易擾亂結(jie)(jie)晶秩序而形成大(da)量缺陷。在(zai)(zai)反溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)或配(pei)體(ti)輔助(zhu)結(jie)(jie)晶法中(zhong)，雖然排除了溫(wen)度(du)梯度(du)的(de)干擾，但精準控(kong)制反溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)擴散難(nan)度(du)較大(da)。

此外，反溶(rong)劑引(yin)起的(de)(de)區(qu)域的(de)(de)溶(rong)解度不(bu)均勻，易造(zao)成(cheng)溶(rong)液組分的(de)(de)偏差，影響晶(jing)(jing)體(ti)質量。液相分離誘導結晶(jing)(jing)方法(fa)通過(guo)室溫緩(huan)慢蒸發溶(rong)劑來能(neng)夠制備出高質量的(de)(de)MAPbBr3單(dan)晶(jing)(jing)，但溶(rong)劑擴散緩(huan)慢，限制了單(dan)晶(jing)(jing)的(de)(de)生(sheng)長(chang)速度。

基于以上挑戰，山東大學空間科學與物理學院空間科學攀登團隊行星科學課題組在系統研究界面張力對鈣鈦(tai)礦結(jie)晶過程作用機理的基(ji)礎上，開發了一種PDMS（聚二(er)甲基(ji)硅(gui)氧烷）輔助(zhu)溫度梯度晶體生長(chang)技術（PTG）。

圖(tu)1. MAPbBr3鈣鈦礦結(jie)晶(jing)與(yu)晶(jing)體(ti)生長。(a) PDMS輔助結(jie)晶(jing)原(yuan)理圖(tu)；(b) 形核半(ban)徑(jing)與(yu)自由(you)能的(de)(de)(de)關系；(c) 溶液的(de)(de)(de)表面(mian)(mian)和內部的(de)(de)(de)形核半(ban)徑(jing)的(de)(de)(de)比(bi)較；(d)生長過程中自由(you)能變化圖(tu)解(jie)(jie)；(e)界面(mian)(mian)懸浮生長的(de)(de)(de)力(li)學(xue)圖(tu)解(jie)(jie)。

利用PTG技術，課題組能夠快(kuai)(kuai)速(su)制(zhi)備出了高(gao)(gao)質(zhi)量(liang)的(de)(de)(de)MAPbBr3鈣鈦礦單晶。該單晶展現出紀錄級的(de)(de)(de)最窄XRD搖擺曲線(xian)半峰寬0.00806o，以及(ji)1002 ns的(de)(de)(de)長載流子(zi)壽命和4.25×109 cm-3超(chao)低(di)缺(que)陷(xian)態密度。利用自產的(de)(de)(de)MAPbBr3鈣鈦礦單晶制(zhi)作的(de)(de)(de)X射(she)線(xian)探測器，實現了7275μC Gy-1 cm2的(de)(de)(de)高(gao)(gao)靈敏度和0.67μGy-1的(de)(de)(de)低(di)探測極限。該課題組的(de)(de)(de)研(yan)究工作首次揭示界面張力(li)在(zai)鈣鈦礦晶體(ti)生長過程中(zhong)作用機理，為高(gao)(gao)質(zhi)量(liang)鈣鈦礦單晶的(de)(de)(de)快(kuai)(kuai)速(su)制(zhi)備提供(gong)了一種(zhong)有效可行的(de)(de)(de)方法，也為深空高(gao)(gao)能射(she)線(xian)探測器的(de)(de)(de)研(yan)制(zhi)提供(gong)了一種(zhong)新的(de)(de)(de)選擇。

相關研究(jiu)成果以“Interface Tension Assisted Temperature-Gradient Crystallization for High-Quality MAPbBr3 Perovskite Single Crystals with Low Defect Density”為題目，以研究(jiu)論文的形式發表在ACS Applied Material&Interfaces。