利用雾化辅助溶解-再结晶技术优化CsPbBr3厚膜中的晶粒生长，从而提升其光电性能

《Materials Advances》：Optimized grain growth in CsPbBr3 thick films using mist-assisted dissolution–recrystallization for enhanced optoelectronic performance

　　全无机金属卤化物钙钛矿（MHP）厚膜在光电探测器应用（可见光、紫外线、X射线和伽马射线）方面展现出巨大潜力，这得益于无机成分的稳定性以及厚膜结构对辐射的增强吸收能力。然而，由于晶粒尺寸小和晶界密度高，这些薄膜的性能通常不如单晶对应物，高晶界密度引入了陷阱态，降低了器件效率。在这里，我们介绍了一种雾化辅助溶解-重结晶（MADR）工艺来改善刀片涂层CsPbBr3厚膜（约200 μm）的微观结构。通过施加浓度可控的CsPbBr3/DMSO雾气（0.1–0.4 M），随后进行低温退火（60–110 °C），平均晶粒尺寸从0.83 ± 0.28 μm增加到了3.19 ± 1.57 μm，增长了3.8倍。在最佳条件下（0.1 M雾气，85 °C退火），经过MADR处理的薄膜显示出更大的晶粒、更低的陷阱密度和更高的晶体质量，在365 nm光照下（125 mW cm?2）5 V电压下的光电流增强了约103倍，从1.02 × 10?7 A cm?2提高到了4.5 × 10?4 A cm?2。这种MADR方法用于刀片涂层薄膜，能够提供可扩展的高质量钙钛矿薄膜，热预算低，并且具有广泛的基底兼容性，为辐射探测和光电器件提供了多功能途径。

引言

CsPbBr3的优异性能，如宽带隙（约2.3 eV）、高原子序数（Cs = 55, Pb = 82, Br = 35）以及大的迁移率-寿命乘积（3.2 × 10?3 cm2 V?1），引发了其在光电应用中的广泛兴趣，包括传感器、激光器和光伏领域。1–3 宽带隙降低了暗电流，提高了信噪比，而高原子序数增强了光电吸收。2,4 这些性能使得钙钛矿X射线探测器的灵敏度比传统的a-Se基X射线探测器提高了约200倍，检测限降低了约100倍。4,5 然而，这些结果主要是在CsPbBr3单晶中实现的，而单晶难以扩大规模用于商业制造。4,6 虽然存在钙钛矿薄膜（<1 μm）的可扩展方法，但临床相关的X射线能量（10至100 keV）需要100至500 μm的厚度才能完全衰减。4,7–9 同样，对于可见光-紫外线光电探测器也报道了出色的性能。Bin Yang等人报告了溶液生长的多晶CsPbBr3厚膜，其探测率达到了1014 Jones，超过了单晶在紫外线曝光下的1011 Jones。10,11 然而，这种溶液浸渍生长方法与许多器件架构不兼容。4 刀片涂层已成为一种可扩展的钙钛矿厚膜制备方法；然而，实现可控晶粒尺寸的高质量材料仍然是一个关键挑战。4,12–14

Kim等人报告称，MAPbI3刀片涂层厚膜的迁移率-寿命乘积（μτ）（1.0 × 10?4 cm2 V?1）比单晶MAPbI3（1.2 × 10?2 cm2 V?1）低两个数量级，这突显了改善刀片涂层薄膜性能的必要性。15,16 Cheng等人使用一种填充孔隙的方法解决了这一问题，在44.44 V mm?1的电场下，X射线灵敏度提高了5倍，从323.86 μC Gyair?1 cm?2提高到了1616.01 μC Gyair?1 cm?2。16 虽然这种方法推进了混合钙钛矿厚膜的发展，但对于需要在环境中长期稳定运行的应用来说，全无机钙钛矿薄膜仍然是必不可少的。17,18 对于全无机系统如CsPbBr3，Shi等人和Gou等人分别采用了溶解-重结晶技术，通过粉末“清洗”预沉积处理和表面处理来提高材料质量和灵敏度。17,19 这些方法将灵敏度从798 μC mGyair?1 cm?2在100 V mm?1下提高到了14?430 μC mGyair?1 cm?2（Shi等人），而Gou等人报告的方法使灵敏度提高了2倍。17,19 基于这些策略，本研究引入了一种新的雾化辅助溶解-重结晶技术，以增加全无机钙钛矿厚膜（约200 μm）的体晶粒尺寸和晶粒尺寸。通过利用结晶动力学来控制刀片涂层CsPbBr3厚膜的晶粒尺寸和晶粒大小，这项工作系统地分离了控制溶解-重结晶动力学的工艺条件，为在低温下提高薄膜质量和器件相关光电性能建立了框架。晶粒尺寸是指在显微镜下观察到的单个颗粒的尺寸，而晶粒大小则是由XRD分析确定的相干散射域的大小。该方法使用含有溶解的CsPbBr3（0.1 M, 0.2 M或0.4 M）的DMSO基雾液处理刀片涂层CsPbBr3厚膜。雾液渗透到薄膜的内部，并部分溶解钙钛矿，创造出饱和或过饱和的环境。在受控温度（60, 85或110 °C）下退火时，系统在亚稳态区内发生奥斯特瓦尔德熟化，其中晶粒粗化与成核和晶体生长不同，是通过表面能量驱动的材料从较小晶粒向较大晶粒的传输过程。20,21 这种雾化辅助溶解-重结晶（MADR）技术显著提高了晶粒尺寸，在最佳条件（0.1 M, 85 °C）下，晶粒尺寸从沉积后的0.83 ± 0.28 μm增加到了3.19 ± 1.57 μm。相应地，光电流响应，作为评估光电探测器中电荷收集效率的关键指标，在5 V电压下，使用365 nm LED以125 mW cm?2的照度时，从1.02 × 10?7 A cm?2增加了三个数量级以上，达到了4.5 × 10?4 A cm?2。这些结果表明，可控的温度-浓度动态使得CsPbBr3中的晶粒粗化变得有针对性，显著改善了光电性能。这种基于溶液的方法可以推广到多种钙钛矿系统，并可以迭代应用以进一步提高性能，为高效率的厚膜钙钛矿光电器件和辐射探测器提供了可扩展的途径。

结果

虽然已有报道指出CsPbBr3单晶和薄膜表现出优异的光电性能，但用于商业相关高能量光子应用的厚膜（100–500 μm）往往难以实现大晶粒、高晶体质量和高的载流子迁移率。4 因此，克服这些加工挑战对于将MHPs的固有性能转化为实际器件性能至关重要。图1(a)和(b)展示了通过刀片涂层制备的沉积态CsPbBr3厚膜的横截面SEM图像。沉积态薄膜具有高度多孔的微观结构和小晶粒，这是刀片涂层薄膜的特征。4,13图1(c)显示了沉积态CsPbBr3薄膜的晶粒尺寸分布，平均晶粒尺寸为0.83 ± 0.28 μm。这种小的晶粒与厚度比和高孔隙度通常会导致器件性能下降。4,19随后，应用了MADR处理来改善薄膜质量。我们系统研究了退火温度和雾浓度对晶粒形态和晶粒大小的影响。DMSO/CsPbBr3雾液在多孔、细晶粒的沉积态薄膜上施加时会引起部分溶解，随后的退火促进了晶粒生长，增加了薄膜密度、晶粒尺寸和晶粒大小。图1

(a) 和 (b) 沉积态CsPbBr3 200 μm厚膜的SEM横截面图像。 (c) 沉积态CsPbBr3 200 μm厚膜的晶粒尺寸分布。50个晶粒的平均晶粒尺寸为0.83 ± 0.28 μm。雾浓度和退火温度对CsPbBr3薄膜微观结构的影响

为了促进晶粒生长，对沉积态CsPbBr3厚膜进行了MADR处理。暴露于纯DMSO雾液会导致晶粒尺寸分布不均匀（图S1），而将CsPbBr3加入雾液中则能够实现更均匀的溶剂-薄膜相互作用并提高薄膜的均匀性。由于CsPbBr3在DMSO中的溶解度限制（0.5 M），因此应用了0.1 M、0.2 M和0.4 M浓度的DMSO/CsPbBr3雾液。22 在每个雾浓度下处理的薄膜的横截面SEM图像显示在图2中。较低的雾浓度（0.1 M）产生了较大的晶粒（1.91–3.19 μm），这归因于更多的DMSO分子没有协调，促进了奥斯特瓦尔德熟化过程。20,21 相反，在较高的雾浓度（0.4 M）下，溶解作用有限，产生了较小的晶粒（0.97–1.52 μm）。11,23–25 选择了60、85和110 °C的再结晶温度来研究低于DMSO沸点（189 °C）下的溶剂辅助生长动力学（图2）。在85 °C下退火时，晶粒尺寸增加了最多（1.45–3.19 μm）。在60 °C时，热量不足限制了晶粒的粗化（0.97–2.09 μm），而在110 °C时，DMSO的快速蒸发抑制了进一步的生长（1.52–1.91 μm）。晶粒尺寸及其相应的标准差总结在表S1中。图2

(a) 沉积态刀片涂层CsPbBr3薄膜的SEM横截面图像，(b) 雾辅助溶解和重结晶后的CsPbBr3薄膜的晶粒尺寸分布。薄膜在(c)–(e) 60 °C，(f)–(h) 85 °C，和(i)–(k) 110 °C下使用浓度为0.1 M（ bottom row）、0.2 M（ middle row）和0.4 M（ top row）的DMSO和CsPbBr3粉末雾液进行退火。所有比例尺在插图中分别代表50 μm和2 μm。这些观察结果与已建立的结晶动力学模型一致：在溶解度和过饱和度边界内（亚稳态区），奥斯特瓦尔德熟化是主导机制；而在过饱和度边界以上（不稳定区域），过饱和度促进了自发结晶并抑制了熟化。20,21,23,24 在最佳条件下，平均晶粒尺寸从沉积态薄膜的0.83 ± 0.28 μm增加到使用0.1 M雾液和85 °C退火后的3.19 ± 1.57 μm，表明这一条件位于熟化最显著的亚稳态区中心。23,26 这些参数共同定义了区分亚稳态和不稳定区域的有用边界。下一节将讨论的XRD分析通过量化晶粒尺寸变化来验证所提出的机制。在较高雾浓度下较大的晶粒尺寸证实了SEM结果和上述结晶动力学。

雾浓度和退火温度对CsPbBr3晶体质量的影响

通过X射线衍射（图3）评估了雾液浓度和退火温度对薄膜组成的影响。在中等雾浓度（0.2 M）下，60 °C时形成了次级Cs–Pb–Br相；而在较高雾浓度（0.4 M）下，60和85 °C时都诱导了次级相的形成。在60 °C时，11.6、12.5、30.9和31 2θ（度）处的衍射峰对应于四方CsPb2Br5和菱形Cs4PbBr6（图S2）。在85 °C下退火的0.4 M薄膜中出现了与菱形Cs4PbBr6相关的峰（图S3）。在110 °C时没有观察到与次级相相关的反射。相组成总结在表S1中。图3

展示了在每种雾液浓度（0.1、0.2和0.4 M）下沉积和处理后的薄膜的X射线衍射图案，以及在(a) 60 °C，(b) 85 °C，(c) 110 °C下的退火情况。不属于正交CsPbBr3的峰伴随着一个三角形，表明在60 °C时存在四方CsPb2Br5和菱形Cs4PbBr6，在85 °C时存在菱形Cs4PbBr6。(d) 晶粒尺寸作为雾液浓度的函数。XRD数据进一步使用谢勒方程（Scherrer equation）进行了分析。27 如图3(d)所示，在85 °C下使用0.1 M雾液浓度进行MADR处理后，晶粒尺寸从沉积态薄膜的40.92 ± 2.66 nm增加到了44.22 ± 10.81 nm。在110 °C下使用0.4 M雾液浓度时，晶粒尺寸增加到了125.48 ± 9.56 nm，是观察到的最大值。晶粒生长是通过具有相干平面的单个晶体域的合并实现的，这一过程在高过饱和条件下更有利于晶粒的靠近。28 晶粒生长是由于具有非相干平面的多个域的聚集造成的。XRD和SEM结果的相关性表明，雾浓度和退火温度的变化调节了这些机制之间的平衡，决定了在特定MADR条件下哪种机制占主导。结合SEM和XRD的结果，在热力学-动力学模型内进行了解释。在低雾浓度下，系统位于亚稳态区域，其中丰富的未协调DMSO分子通过奥斯特瓦尔德熟化促进了晶粒的粗化，导致晶粒尺寸增大但晶粒大小变化最小。21,23,26 增加雾浓度使系统向不稳定区域移动，在那里DMSO的可用性降低限制了溶剂诱导的熟化，而不稳定的过饱和度促进了自发结晶，产生了具有较大晶粒尺寸的较小晶粒。21,23,26 退火温度进一步调节了这些效应，因为DMSO的沸点为189 °C，在60 °C时蒸发动力学缓慢，随着温度的升高逐渐加快。因此，扫描电子显微镜（SEM）观察到的晶粒尺寸峰值出现在85°C的适中温度，此时热能足以使晶粒粗化；而X射线衍射（XRD）测得的晶粒尺寸随着温度的升高而增大，因为在110°C时溶剂蒸发速度加快，有利于晶体有序排列，但同时缺乏溶剂支持晶粒生长（见图S4）。因此，最终的微观结构受到过饱和度和温度的共同作用影响，如图4所示。

图4展示了在CsPbBr3薄膜中，晶粒生长和晶体生长作为雾状溶液浓度和退火温度的函数的变化情况，这是对经典结晶模型的改进应用。最佳晶粒生长发生在适中温度（85°C）和低浓度（0.1 M）的亚稳态区域。较高浓度会促进快速结晶，产生更小的晶粒和更大的晶粒尺寸。晶粒生长和晶粒尺寸对光电性能有显著影响。

最终选择了晶粒最大、孔隙率最低的再结晶薄膜（0.1 M，85°C），因为晶界和孔隙是多晶薄膜中电荷传输的主要障碍。将这种薄膜与原始沉积的薄膜进行比较，并使用稳态光致发光（PL）技术进行了评估。如图5所示，出现了两个发射带：一个主要的525纳米的CsPbBr3带和一个次要的接近540纳米的带，后者归因于CsPbBr3中的缺陷相关发射。带拟合结果见图5(b)和(c)。PL光谱使用OriginPro 2025软件中的混合高斯-洛伦兹函数进行拟合，得到的卡方值小于1 × 10^-5（见表S2）。再结晶薄膜在540纳米的缺陷相关带上的相对强度降低，而在525纳米处的发射增强，表明MADR处理显著减少了缺陷态。此外，60°C沉积的0.2 M薄膜含有次级相（CsPb2Br5和Cs4PbBr6），通过XRD鉴定出来，其发射光谱相对于85°C和110°C沉积的仅含纯CsPbBr3的薄膜发生了蓝移，这与之前关于含Cs4PbBr6次级相的Cs-Pb-Br系统中的蓝移现象的报告一致（见图S5）。

图5：
(a) 原始沉积薄膜和在85°C下用0.1 M溶液饱和后经过再结晶处理的薄膜的光致发光光谱。图(b)和(c)展示了PL光谱的拟合结果。使用365纳米光源评估了用原始沉积薄膜和选定的再结晶薄膜制备的平面Pt/CsPbBr3/Pt器件的光电流响应（从暗态到125 mW cm^-2；见图6a和b）。MADR处理后的薄膜显示出更高的光电流，这与稳态PL测得的缺陷密度降低一致。MADR诱导的晶粒粗化减少了晶界密度，并钝化了陷阱态，消除了原始沉积薄膜中观察到的I-V非对称性。图6(c)显示了在5 V偏压下光电流随光照强度的变化。在5 V偏压下，原始沉积薄膜的光电流为1.02 × 10^-7 A cm^-2，而再结晶薄膜的光电流增强了440倍，达到4.5 × 10^-4 A cm^-2（见图5c）。原始沉积薄膜的片状电导率为1.42 × 10^-11 S，经过MADR处理后增加到2.72 × 10^-10 S，这与再结晶薄膜中电荷传输能力增强相符（见第S2节）。

对(a)原始沉积薄膜与(b)在85°C下用0.1 M溶液再结晶处理的薄膜在黑暗条件下的IV特性进行了比较，以及在125 mW cm^-2光照强度下分别进行了光照下的光电流响应比较。在125 mW cm^-2光照强度下，原始沉积薄膜的光电流响应为9.3 × 10^-8 A cm^-2，而再结晶薄膜达到了3.8 × 10^-4 A cm^-2。再结晶薄膜的上升和衰减时间分别小于27.4 ms和4.6 ms（见图7a和b）。如图7(c)和(d)所示，光电流和响应速度随光照强度的增加而提高（从2.2 mW cm^-2到125 mW cm^-2）。更高的光照强度会产生更多的电子-空穴对，逐渐填满陷阱态，减少可能延迟电荷收集的可用陷阱位点的密度。

图7显示了(a)原始沉积薄膜和(b)在85°C下用0.1 M溶液再结晶处理的薄膜的时间-电流响应。(c)在0.03 mW cm^-2到125 mW cm^-2的对数间隔光照强度下测量的再结晶薄膜的时间-电流响应。(d)在5 V偏压下，再结晶样品在不同光照强度下的上升和衰减时间。测量是在5 V偏压下使用365 nm光源进行的。原始沉积薄膜的响应率为1.07 × 10^-5 A W^-1，特定检测率为3.58 × 10^6 Jones。经过MADR处理后，响应率和检测率分别提高到了3.59 × 10^-3 A W^-1和5.04 × 10^9 Jones，表明再结晶显著提升了光探测器的性能（见第S3节）。为了评估环境稳定性，将MADR处理的薄膜在20至30°C和45%至65%相对湿度下未封装储存了6个月，之后其持续的光电流响应超过了10分钟，证明了其良好的长期操作稳定性（见图S6）。通过机械化学合成的球磨粉末制成的热压CsPbBr3颗粒表现出与本研究中原始沉积薄膜相当的晶粒尺寸（约0.4 μm^2）和更高的绝对光电流响应（约10^-7 A）。MADR处理显著提高了光电流，从原始沉积薄膜的低响应（9 × 10^-11 A，相当于1.02 × 10^-7 A cm^-2）提高到在相同测量条件下的4.5 × 10^-4 A cm^-2。通过溶液生长的多晶薄膜，如Yang等人报告的，显示出更高的光电流密度（1.2 × 10^-2 A cm^-2，根据报告的数据计算得出），表明可以通过溶液生长获得高性能的大面积厚膜。

尽管如此，经过MADR处理的刀片涂层薄膜仍然表现出竞争力的光电流响应，并且预计通过反复的溶解-再结晶循环可以进一步改善。考虑到可扩展性、低热预算和广泛的基底兼容性，这种方法代表了大规模制备用于光电应用的最佳钙钛矿厚膜的可行途径。这些制备技术的比较总结在表1中。

表1基于制备方法的CsPbBr3厚膜及其性能（晶粒尺寸、厚度、处理温度和光电流响应）的比较：

| 制备方法 | 平均晶粒尺寸（μm^2） | 厚度（μm） | 处理温度（°C） | 光电流（A） | 光电流密度（A cm^-2） |
|---------|-----------------|---------|-------------|-----------------|----------------------|
| 机械化学和热压 | ～0.4 | 400–700 | 100 | ～10^-8 | — |
| 刀片涂层 | 0.83 ± 0.28 | ～200 | 85 | 9.0 × 10^-11 | 1.02 × 10^-7 |
| 溶解-再结晶 | 3.19 ± 1.57 | ～200 | 85 | 3.75 × 10^-7 | 4.5 × 10^-4 |
| 溶液生长微晶 | — | ～200 | 140 | 6.0 × 10^-3 | 1.2 × 10^-2 |

实验部分：

图8展示了用于刀片涂层CsPbBr3薄膜大块再结晶的MADR方法示意图。在该方法中，首先将CsBr和PbBr2前驱体进行球磨以合成CsPbBr3粉末。然后使用这种粉末制备浆液，采用传统的Dr. Blade方法在玻璃基底上沉积200 μm厚的薄膜。薄膜沉积后，使用浓度为0.1、0.2和0.4 M的CsPbBr3/DMSO雾状溶液部分溶解薄膜，然后在60、85或110°C下退火30分钟。用于光电表征的器件制造采用了铂接触电极（见图8）。

实验装置包括：(a) 钙钛矿粉末的球磨，(b) 浆液制备，(c) 通过刀片涂层沉积薄膜，(d) 用雾状溶液处理薄膜，(e) 退火以促进再结晶，以及(f) 通过电子束蒸发沉积铂接触电极。

铯溴化物（CsBr，99.9%）和铅(II)溴化物（PbBr2，99.99%）以及二甲基亚砜（DMSO）分别从Alfa-Aesar和Sigma-Aldrich购买。球磨过程使用了MSE Supplies LLC提供的不锈钢球（2 mm）、球磨罐和高压垂直行星式球磨机。刀片涂层薄膜经过在丙酮、异丙醇、去离子水和甲醇中的连续10分钟超声处理。干燥后，基底在115°C下退火2分钟，并使用基于氧的反应离子刻蚀（RIE）处理10分钟以去除有机残留物和水分。然后通过刀片涂层将CsPbBr3薄膜沉积在玻璃上。CsPbBr3粉末前驱体按照先前报道的方法通过机械化学球磨合成。所得CsPbBr3粉末通过0.2 μm孔径的筛网过滤，以防止在刀片涂层浆液中形成团聚颗粒。为了制备用于刀片涂层的浆液，将1.5 mg的乙基纤维素溶解在0.3 mL的n-十二烷和0.7 mL的α-松油醇混合物中，超声处理20分钟。然后使用每100 mg CsPbBr3球磨粉末30 μL的溶液制备浆液。在室温下以2 mm s^-1的速度使用该浆液在玻璃基底上制备刀片涂层CsPbBr3薄膜（见图8c）。刀片涂层薄膜在85°C下以1 °C min^-1的升温速率退火10分钟。

接下来，薄膜暴露在雾状溶液中进行溶解-再结晶。雾状溶液是通过将球磨的CsPbBr3粉末溶解在二甲基亚砜（DMSO）中制备的，浓度分别为0.1、0.2和0.4 M，然后在室温下搅拌18小时。接着，通过0.5 mm喷嘴以50 psi的压力将5 mL的雾状溶液喷涂到200 μm厚的薄膜上，喷嘴与样品的距离为15英寸（见图8c）。随后在60、85或110°C下以1 °C min^-1的升温速率退火30分钟（见图8e）。

器件制造是通过在CsPbBr3厚膜表面沉积铂接触电极（7 × 10^-4 cm^2，间距2 × 10^-2 cm，有效面积2 × 10^-4 cm^2）来实现的，采用电子束物理气相沉积法制备平面Pt/CsPbBr3/Pt结构。

多晶刀片涂层薄膜的扫描电子显微镜（SEM）图像是使用Zeiss Sigma 500VP获得的。通过切割玻璃基底支持的薄膜来获取横截面图像。平均晶粒尺寸使用ImageJ软件测量。X射线衍射（XRD）图案是使用Rigaku SmartLab X射线衍射系统获得的，该系统配备了铜CuKα辐射源（λ = 1.5406 ?），电流为30 mA，电压为40 kV，晶体尺寸使用Scherer方程计算。紫外-可见光（UV-Vis）测量使用Agilent UV-Vis-NIR分光光度计进行，该仪器具有汞弧灯和多角度反射（R）功能。稳态光致发光（PL）是使用405 nm发光二极管（LED）在100 mW cm^-2的输出下测量的。光电流响应是使用Keithley 4200系统在365 nm光源下从暗态调制到125 mW cm^-2的条件下测量的。平面Pt/CsPbBr3/Pt器件的电流-电压特性是在探针站中测量的。

本研究展示了一种低温、雾辅助溶解-再结晶（MADR）工艺，用于可控地调节刀片涂层CsPbBr3厚膜的微观结构。在低雾浓度下，部分溶解通过Ostwald熟化作用促进晶粒粗化，产生更大的晶粒。较高浓度则减少溶解，导致晶粒变小。退火温度调节这些效应：加热不足限制了熟化过程，而过度加热会加速溶剂蒸发并抑制晶粒生长。通过仔细控制雾浓度和退火温度，可以精确调整晶粒和晶体尺寸，显著提高光电流响应，从而减少缺陷密度。这种方法为工程化高质量钙钛矿厚膜提供了途径，适用于X射线检测、光电探测器和其他需要高性能大面积器件的应用。

作者贡献：

Monet Brown：概念构思、数据管理、正式分析、调查、方法论、可视化、初稿撰写以及审阅和编辑。Susana Borbon-Rojas：方法论和写作、审阅和编辑。Leunam Fernandez-Izquierdo：验证和写作、审阅和编辑。Ross Haroldson：数据管理。Manuel Quevedo-Lopez：概念构思、资金获取、项目管理、资源协调、监督、验证以及写作和审阅。利益冲突：

声明没有利益冲突。数据可用性

本文所依赖的数据已作为补充信息（SI）的一部分提供。补充信息包括：图S1–S6、表格S1和S2以及第S1–S3节。请参阅DOI链接：https://doi.org/10.1039/d6ma00161k。致谢

作者感谢德克萨斯大学达拉斯分校及德州仪器纳米电子学讲席项目提供的部分财务支持。参考文献