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This third volume in the serial "Reviews in Fluorescence" is a collection of up to 10 invited reviews on current trends and emerging hot topics in fluorescence. This new annual series compliments the other fluorescence titles published by Springer, while feeding the requirement from the fluorescence community for annual informative updates and developments.
聚焦现代材料科学前沿：高通量筛选与光电器件的突破 图书名称： Advances in Materials Science: High-Throughput Screening and Optoelectronic Device Innovation 出版年份： 2023 (或最新年份) 学科领域： 材料科学、化学、物理学、电子工程 --- 内容简介： 本卷《聚焦现代材料科学前沿：高通量筛选与光电器件的突破》汇集了全球顶尖研究人员的最新研究成果与深刻洞见，全面涵盖了当前材料科学领域最具活力和突破性的两大方向：高通量材料筛选技术与新一代光电器件的创新设计与性能优化。本书旨在为致力于探索新材料、开发先进功能器件的科学家、工程师和研究生提供一个前沿、深入且实用的参考平台。 第一部分：高通量材料发现与表征的范式革命 材料科学的进步正面临着传统“试错法”的效率瓶颈。本部分重点阐述了如何利用自动化、数据驱动的方法加速新材料的发现与优化过程，这标志着材料研究范式的深刻转变。 1.1 自动化合成与机器人平台： 本章深入探讨了用于快速制备和筛选数千种不同化学成分材料组合的自动化合成系统。详细介绍了微流控反应器阵列在精确控制反应条件（如温度梯度、气氛控制）方面的应用，以及如何集成机器人操作技术实现24小时不间断的高通量实验（HTE）。特别关注了如何利用这些平台制备复杂的多组分氧化物和有机-无机杂化材料，以探索更广阔的化学空间。 1.2 大数据与计算材料学的融合： 现代高通量实验产生了海量数据，其有效管理和分析是成功的关键。本部分详细介绍了机器学习（ML）和人工智能（AI）在材料信息学中的前沿应用。涵盖了利用高斯过程回归（GPR）模型预测材料性能，以及使用深度学习网络（DNN）从复杂光谱数据（如X射线吸收谱、拉曼光谱）中自动提取关键结构-性能关系的方法。我们探讨了如何构建和维护开放式材料数据库，并展示了通过主动学习（Active Learning）循环，指导实验人员下一步最优的合成路径，从而极大地缩短了目标材料的筛选时间。 1.3 快速、原位表征技术： 高通量筛选要求快速、无损的表征手段。本章聚焦于那些能够在数分钟甚至数秒内提供关键结构或电子特性的技术。详细介绍了同步辐射光源支持下的快速X射线衍射（XRD）技术在实时监测薄膜生长过程中的应用，以及如何结合高通量原子力显微镜（AFM）阵列进行大规模的表面形貌和局部电学性能的统计分析。 第二部分：光电器件的能效与稳定性挑战 光电子技术是现代信息、能源和传感领域的核心驱动力。本部分聚焦于下一代光电器件，特别是有机光伏（OPV）、钙钛矿太阳能电池（PSC）和先进LEDs的性能瓶颈突破。 2.1 钙钛矿太阳能电池的稳定性工程： 钙钛矿材料因其卓越的光电转换效率潜力而备受关注，但其对湿度、热和光照的敏感性是商业化的主要障碍。本章提供了关于界面工程的最新策略。详细分析了2D/3D异质结构的构建如何有效阻挡环境侵蚀。此外，深入探讨了新型无机或聚合物钝化层的设计，旨在减少缺陷态密度并提升长期工作稳定性，同时保持高开路电压。 2.2 有机半导体的分子设计与载流子传输： 在有机电子领域，分子结构直接决定了器件性能。本部分关注如何通过精密的分子工程来控制电荷传输的各向异性。详细剖析了非富勒烯受体（NFA）的设计原则，特别是如何调控分子的堆积模式（如$pi-pi$ 堆叠距离和角度）以优化薄膜形貌和提高激子分离效率。提供了先进的时间分辨光电流（TRPC）技术在分析载流子迁移率方面的应用案例。 2.3 先进LED技术与固态照明： 本章探讨了量子点发光二极管（QLED）和热激活延迟荧光（TADF）材料在实现超高色纯度和高能效照明中的进展。重点讨论了如何通过表面配体工程来解决量子点在器件工作环境下的聚集和淬灭问题。对于TADF材料，详述了如何通过精确调控单线态-三线态能级差 ($Delta E_{ST}$)，实现高效的反向系间窜越（RISC），从而突破传统荧光材料的肖克利-奎伊瑟（Shockley-Queisser）限制。 2.4 器件集成与系统级优化： 最后，本部分超越了单个器件层面，探讨了如何将高性能光电材料集成到实际应用系统中。内容包括柔性电子基底上的光电器件制备技术、串联与叠层电池的结构优化，以及如何通过智能封装技术（如原子层沉积ALD涂层）实现对敏感活性层的长期保护，确保光电器件在真实工作条件下的可靠性与长寿命。 --- 总结： 本书不仅是特定技术方法的汇编，更是一份对未来材料创新方向的展望。它强调了跨学科合作的必要性，特别是材料合成化学、计算科学与电子工程之间的深度融合。通过对高通量筛选方法的系统介绍，读者可以掌握加速新材料发现的利器；通过对光电器件稳定性和效率瓶颈的深入分析，可以找到实现下一代能源和信息技术的关键路径。本书是所有致力于推动现代材料科学前沿发展的研究人员不可或缺的参考指南。
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