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鮑哲南院士團隊，最新Nature Nanotechnology！

來源：時間：2023-07-14 09:47:51 瀏覽：2329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

DOI: 10.1038/s41565-023-01418-y

研究背景

可拉伸聚合物半導體（PSCs）對于柔性可拉伸電子器件至關重要，但是它們的環境穩定性仍然是一個長期存在的問題。基于此，斯坦福大學鮑哲南院士等人報道了一種表面系固的納米結構氟化分子保護層（FMPL），用于在惡劣環境下長期使用的有機場效應晶體管（OFETs）中實現高度穩定和可拉伸的PSC薄膜。其中，氟化烷烴對半導體表面處理的研究主要集中在影響半導體電荷傳輸的晶體有機小分子上。

文章要點

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，FMPL的制備需要通過兩個關鍵步驟：（1）將含有大量非共軛C=C鍵的納米結構的PSC/聚丁二烯疊氮（BA）交聯薄膜作為表面反應位點涂覆；（2）在UV（365 nm）照射下，通過巰基反應將1H, 1H, 2H, 2H-全氟化十硫醇（PFDT）分子原位固定聚在交聯PSC薄膜表面的聚丁二烯橡膠相上。氟化鏈可以填補PSC薄膜上的空隙，形成額外的密集排列的疏水納米結構。

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PSC薄膜免受水或生物流體的吸收和擴散。

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

圖文展示

圖1.可拉伸聚合物電子產品的長期環境穩定性

圖2.交聯復合半導體薄膜的表面氟化

圖3.不同薄膜的形貌表征

圖4.晶體管的機械性能和電氣性能

圖5.空氣中的環境和操作穩定性

圖6.長期水、汗和光化學的穩定性

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