具有室温超高延展性（10150%）的无机半导体材料Ag2Te1–xSx（0.3 ≤ x ≤ 0.6）

momo

https://doi.org/10.1038/s41563-024-02112-7

1、研究背景

• 传统无机半导体在冷加工（cold-forming processing）过程中因固有脆性易发生断裂，难以加工成复杂形状。
• 若无机半导体能够具备室温塑性变形能力，将极大促进其在可穿戴/柔性电子领域的应用。
  

2、研究目标

• 研究 Ag₂Te₁₋ₓSₓ（0.3 ≤ x ≤ 0.6）在外力作用下的塑性变形机制。
• 探索 亚晶格非晶化（sublattice amorphization） 与 Ag⁺ 离子扩散 在塑性变形中的作用。
  

3、主要发现
（1）亚晶格非晶化+Ag⁺扩散的塑性变形机制
   ① 受到外力时，Ag₂Te₁₋ₓSₓ的 Te/S 亚晶格会均匀转变为非晶态，而 Ag⁺ 离子则持续与 Te/S 结合，从而赋予材料极高的塑性。
   ② 这一过程可逆，通过简单的退火（annealing），材料可以恢复晶态，实现多次循环塑性加工。

（2）超高延展性（Extensibility）
       通过迭代亚晶格非晶化策略（Iterative Sublattice Amorphization Strategy），Ag₂Te₀.₆S₀.₄在室温下实现 10,150% 的延展性，远超传统无机半导体。

（3）金属般的成形加工能力
       ① Ag₂Te₀.₆S₀.₄可以像金属一样进行 拉丝（wire drawing）、弯曲（curving）、锻造（forging）、冷轧（cold rolling） 等加工工艺。
       ② 例如，2.6 mm 直径的材料可被拉成 0.45 mm 直径的线材。
（4）表面加工即可诱导非晶化
       甚至 轻微的抛光（polishing） 即可在材料表面诱导亚晶格非晶化，证明材料对应力高度敏感。
（5）塑性变形的退化与恢复
       ① 当亚晶格完全非晶化时，材料失去塑性并变得脆弱。
       ② 通过 退火处理（673K），可以使材料从非晶态恢复晶态，从而恢复塑性。

（6）塑性加工对热电/电子性能的影响
       ① 热导率（thermal conductivity）、电导率（electrical conductivity）、Seebeck 系数在塑性变形过程中基本保持不变，确保材料的功能性不受影响。
       ② 适用于柔性热电器件（flexible thermoelectric modules）和可穿戴电子器件。

潜在应用

• 柔性电子（flexible electronics）：高塑性使其可用于可弯曲、可拉伸的电子器件。
• 热电转换（thermoelectrics）：作为可加工的热电材料，用于能量回收和传感器。
• 新型可塑无机半导体开发：启发其他无机半导体的塑性变形机制研究。
  

研究意义

• 揭示了新型塑性变形机制：通过亚晶格非晶化和 Ag⁺ 离子扩散，实现高塑性变形。
• 突破无机半导体加工瓶颈：提供了一种可逆、低成本的加工策略，使无机半导体具备类似金属的加工能力。
• 推动柔性电子和热电领域的发展：可用于制造柔性电子器件，提高无机半导体的实际应用价值。
  

核心概念：

• 亚晶格非晶化（Sublattice Amorphization）
• 迭代晶-非晶转变策略（Iterative Crystalline-Amorphous Transition Strategy）
• Ag⁺ 离子扩散（Ag-ion Diffusion）
• 超高延展性（Ultrahigh Extensibility）
• 金属般可加工性（Metal-like Processability）