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“廉价”的胶带,“不平凡”的应用——胶带粘出来的柔性电子器件

日期:2016-08-29

胶带已经被证明是制备石墨烯等二维材料的“神器”,而最近的研究表明它也是极好的柔性电子器件的载体。近期,苏州大学功能纳米与软物质研究院(FUNSOM)的揭建胜教授课题组发现,通过在电极层和硅基底间加入一层铜牺牲层,再利用透明胶带进行粘贴转移,就能高效地在胶带上制备出基于有机单晶纳米线阵列的柔性电子器件。该团队以器件结构较为复杂的场效应晶体管为例,展示了其结合透明胶带以后的一些创新的应用。

发现这个方法的过程十分偶然,课题组博士生邓巍在用胶带固定带有电极的硅基片时,不小心将胶带贴在了电极上。他发现只有那些具有单层结构的电极被胶带粘了下来,而对于具有两层或更多层电极和绝缘层的器件结构,虽然最顶层电极会被粘到胶带上,但底部电极或绝缘层由于与硅基底的结合力较强,往往仍然保留在基底上。

然而有趣的是,如果采用铜作为底部电极,在其上面构筑的多层器件结构却可以被完整地粘出来,从而实现器件由硅基底向胶带的高效转移。针对这个现象,邓巍等人提出了铜牺牲层辅助胶带剥离的方法:首先,他们利用微加工工艺在镀铜的硅基底上制备好图案化电极层以及绝缘层;其次,将已经黏有单晶有机半导体纳米线阵列的透明胶带贴在这个基底上,再进行剥离,使得整个器件结构被铜层带着与硅基底分离;最后,将这层放入刻蚀液中快速溶解掉,这样便完成了在透明胶带上大面积制作器件的过程。在胶带上得到的场效应晶体管表现出了与硬基底上相近的载流子传输性能,同时该柔性器件可被反复弯曲到3毫米且性能基本保持不变。其重复性、稳定性和耐用性优异,在1000次弯曲循环试验时始终保持稳定的器件性能。

该团队还展示了在胶带上构筑电子器件的诸多实际应用:譬如,可将其一层层的贴在一起形成三维的器件结构,提高器件的集成度,或负载在衣物和配饰上,用于可穿戴电子的应用。进一步,若将每层器件赋予不同的功能,如传感器、存储器、光伏和显示器件,还可实现对人体健康和外界环境的监测与显示,有望改变我们的生活体验。显然,这些应用从实验室还存在很多困难,但是,随着颠覆性的科学、技术的不断涌现,总有一天它会走进千家万户。该论文发表于Advanced Electronic Materials(DOI:10.1002/aelm.201600129)上。(MaterialsViews)

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