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鮑哲南院士團(tuán)隊(duì)，最新Nature Nanotechnology！

來源：時(shí)間：2023-07-14 09:47:51 瀏覽：2492次

第一作者：Yu Zheng

通訊作者：鮑哲南院士

通訊單位：斯坦福大學(xué)

DOI: 10.1038/s41565-023-01418-y

研究背景

可拉伸聚合物半導(dǎo)體（PSCs）對(duì)于柔性可拉伸電子器件至關(guān)重要，但是它們的環(huán)境穩(wěn)定性仍然是一個(gè)長期存在的問題。基于此，斯坦福大學(xué)鮑哲南院士等人報(bào)道了一種表面系固的納米結(jié)構(gòu)氟化分子保護(hù)層（FMPL），用于在惡劣環(huán)境下長期使用的有機(jī)場效應(yīng)晶體管（OFETs）中實(shí)現(xiàn)高度穩(wěn)定和可拉伸的PSC薄膜。其中，氟化烷烴對(duì)半導(dǎo)體表面處理的研究主要集中在影響半導(dǎo)體電荷傳輸?shù)木w有機(jī)小分子上。

文章要點(diǎn)

1、作者將全氟化烷烴固定在雙組分相分離的彈性PSC薄膜的橡膠相上。其中，F(xiàn)MPL的制備需要通過兩個(gè)關(guān)鍵步驟：（1）將含有大量非共軛C=C鍵的納米結(jié)構(gòu)的PSC/聚丁二烯疊氮（BA）交聯(lián)薄膜作為表面反應(yīng)位點(diǎn)涂覆；（2）在UV（365 nm）照射下，通過巰基反應(yīng)將1H, 1H, 2H, 2H-全氟化十硫醇（PFDT）分子原位固定聚在交聯(lián)PSC薄膜表面的聚丁二烯橡膠相上。氟化鏈可以填補(bǔ)PSC薄膜上的空隙，形成額外的密集排列的疏水納米結(jié)構(gòu)。

2、FMPL的透水性為5.21×10^-²² m² s^-¹ Pa^-¹，而聚二甲基硅氧烷（PDMS）的透水性為3.99×10^?¹⁶ m² s^-¹ Pa^-¹，聚二甲基硅氧烷（PDMS）的透水性為1.11×10^-¹⁹-1.19×10^-¹⁸ m² s^-¹ Pa^-¹，其中PDMS是一種常用的生物電子柔性封裝層。因此，FMPL有效地保護(hù)PSC薄膜免受水或生物流體的吸收和擴(kuò)散。

3、具體而言，PSC薄膜上FMPL（約6 nm厚）的表面系結(jié)導(dǎo)致在85-90%濕度的空氣中儲(chǔ)存8周或在水和人工汗液中浸泡5-6周后，載流子遷移率穩(wěn)定在約1 cm² V^-¹ s^-¹。氟化PSC薄膜即使在機(jī)械變形下也保持可拉伸性和環(huán)境穩(wěn)定性，同時(shí)FMPL還提高了PSC薄膜在空氣中的光穩(wěn)定性。

圖文展示

圖1.可拉伸聚合物電子產(chǎn)品的長期環(huán)境穩(wěn)定性

圖2.交聯(lián)復(fù)合半導(dǎo)體薄膜的表面氟化

圖3.不同薄膜的形貌表征

圖4.晶體管的機(jī)械性能和電氣性能

圖5.空氣中的環(huán)境和操作穩(wěn)定性

圖6.長期水、汗和光化學(xué)的穩(wěn)定性

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