最近，大热美剧《权力的游戏》最终季终于在万千粉丝的期待中开播。好剧值得等待，好论文也是一样。这不，前两天小希看文献的时候，看到一篇仅有四词标题的Science 文章“Spin coating epitaxial films”，再仔细看看通讯作者——美国密苏里科技大学Jay A. Switzer教授，熟悉的作者、似曾相识的标题，莫不是那项工作？
Science文章截图
两年前，还是Science 杂志，Switzer教授团队也曾发表过一篇文章，他们以单晶硅为模板，通过外延剥离法制备了适用于柔性电子器件的单晶金箔 [1]。这一工作，至今还挂在Switzer课题组网站的首页上 [2]。当时小希还写过一篇评论，“Jay Switzer教授称，该发现是一个‘幸福的意外’，他们在摸索一种廉价的单晶制备方法时，偶然发现了这一过程”。小希当时就很好奇，这项Science论文都只是副产物的“廉价的单晶制备方法”，究竟是什么样的黑科技？
单晶金箔的外延剥离示意图。图片来源：Switzer课题组[2]
读完Switzer教授团队这篇让小希等了两年的大作，觉得有种“终于圆满”的感觉，酝酿数年的这种廉价单晶制备方法，真的是一项令人赞叹的工作！
Meagan Kelso、Jay Switzer教授与课题组成员。图片来源：Switzer课题组[2]
研究者使用的方法是“旋涂外延法”。实际上，“外延法”是一种常见的晶体生长方法。比如气相外延法，是在超高真空条件下，以一种单晶材料做基底，通过气体在其表面缓慢成核，生长出外延晶体。该方法可以制备出近乎完美的晶态膜，可与单晶相媲美。“旋涂法”也很常见，在半导体光刻以及钙钛矿太阳能电池制备中，用于形成均匀薄膜。在旋涂法中，基底高速旋转，材料溶液滴加在基底中心，在离心力的作用下展开，溶剂蒸发最终成膜。不过，旋涂法得到的薄膜多是非晶态或多晶态。要把“旋涂法”和“外延法”这两种常见的简单方法结合起来，用旋涂方式得到单晶或类单晶外延膜，却并不简单。
外延法装置示意图。图片来源于网络
Switzer教授团队成功的关键在于通过调节涂布溶液的粘度和旋转速度来精细地控制涂布溶液的厚度。如此，停滞在单晶或类单晶基底上的过饱和溶液薄层中，材料在单晶或类单晶基底上的异相成核会优先于溶液中的均匀成核，而且有序的阴离子吸附层可降低表面上成核的活化能。
旋涂外延膜生长示意图。图片来源：Science
具体来说，他们将无机材料或其前驱体溶解在适当的溶剂之中，并使用与之相匹配的单晶基底，控制溶液粘度和旋转速度，得到了无机功能材料旋涂外延膜。研究者利用该方法，在SrTiO3、Au/Si、Au/Si、Ag/Au/Si基底表面，分别生长出钙钛矿CsPbBr3、碘化铅、氧化锌以及可用作牺牲式生长模板的水溶性材料NaCl等外延膜。
CsPbBr3、PbI2、NaCl、ZnO外延膜的形貌。
CsPbBr3、PbI2、NaCl、ZnO外延膜的形貌。图片来源：Science
