由银离子跳迁引发的 Ag2Te 室温可塑性

像塑料一样弯曲的金属

想象一种电子手环，可以随着你的手腕扭曲、拉伸和弯曲，同时悄悄地将体温转化为电能。要制造这样的设备，工程师需要的半导体行为更像软金属或塑料，而不是当今芯片中易碎的晶体。这项研究揭示了一种银—碲化合物 Ag2Te 在室温下如何实现这一看似不可能的特性，发现了一种原子级的“舞蹈”，使坚硬的晶体在不破裂的情况下弯曲，同时仍能高效传导电流。

为什么柔性重要

可穿戴热电发电器和柔性传感器有望将电源和计算能力织入服装、皮贴和软体机器人。传统无机半导体刚性且易开裂，因此柔性器件通常依赖贴附在软塑料上的薄膜，这增加了复杂性并限制了耐用性。一类新的“可塑”无机半导体正在改变这一局面：这些材料能够像金属那样承受大而永久的形变，同时保持实现有用器件所需的电子特性。其中 Ag2Te 特别令人关注，因为它在室温下异常可延展，同时又是一种性能可观的热电材料，能将温差转化为电能，其性能可与其他先进的柔性化合物媲美。

实时观察晶体的伸展

为了理解 Ag2Te 如何在不解体的情况下弯曲，研究人员在使用先进电子显微镜观察其内部结构的同时，对大块样品和纳米尺度的梁进行拉伸。宏观测试显示，块体 Ag2Te 在室温下可以延伸超过 10%，这对于晶态半导体来说是相当大的变形，而且发生时并未出现金属临近断裂时常见的窄“颈缩”。在显微镜下，薄梁在几乎达到 13% 的应变时仍保持晶态。化学分析证实银与碲的原子比未发生变化，从而排除了大规模熔融或化学分离作为解释的可能性。

缓慢重定向的晶区

Ag2Te 并非像金属那样沿缺陷线滑移以适应拉伸，而是通过分解成许多微小区域或畴来应对，这些畴的晶格彼此之间大约旋转 92 度。这些旋转畴出现在材料承受高应力的地方，尤其是在最终断裂点附近，并且也出现在较大的块体样品中。由于畴在材料内部形成并生长，而不是将变形集中在一个狭窄区域，晶体避免了导致颈缩和突然失效的局部变薄。这个过程更像是人群以协调的步伐转向，而不是人们沿单一断层相互推挤。

移动银离子的隐秘作用

这种行为的核心是一种微妙的原子重排。在拉伸下，由碲原子构成的框架沿拉伸方向伸长并在横向受压。这种畸变将银离子从其通常的位置挤出，并促使它们跳入在某些原子平面中天然存在的附近空位。基于量子力学的计算模拟表明，这些跳迁的能垒并不高，而且在晶格受应变时会进一步降低，意味着施加的应力主动促进了离子运动。随着银离子的迁移，富空位的晶面可以整体旋转约 92 度，形成新的畴，从而在保持长程序和整体成分不变的情况下释放累积的应变。

同时兼顾柔性与效率

关键是，这种旋转与跳迁的机制并未破坏晶体以受控方式传递电荷和热的能力。对 Ag2Te 热电性能的测量显示，在约 400 K 时其优值约为 0.67，与其他领先的室温延展半导体相当。由于材料通过完整畴的协调旋转而不是通过形成裂纹、无定形区或大量传统缺陷来变形，其电学性质在经历大幅弯曲后仍基本保持完好。这使 Ag2Te 成为柔性热电发电器和其他可弯曲电子器件的有前途候选材料，适用于既需韧性又要保持功能性的场景。

软性电子的新设计原则

通过揭示应力驱动的可移动银离子跳迁能够触发晶格的大片相干旋转，这项工作提出了一种设计可弯半导体的新途径。工程师可以不再依赖传统的金属滑移或部分失序，而是寻找那些在应力下特定离子足够自由移动并帮助刚性框架温和重构的材料。因而 Ag2Te 可作为一个示范体系，表明经过精细调控的离子可迁移性能够将本质上脆性的晶体转变为在机械上更为宽容的组件，而不牺牲下一代柔性器件所需的电子性能。

引用: Guo, A., Liu, K., Wang, Z. et al. Room-temperature plasticity in Ag₂Te induced by Ag ions hopping. Nat Commun 17, 2416 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69298-z

关键词: 柔性电子, 热电材料, 可塑半导体, 银族硫族化物, 离子迁移