《Angew. Chem.》：活性超疏水材料用作三維電子器件內(nèi)豎直電極中間層的新思路

來(lái)源：高分子科學(xué)前沿

相較于二維平面集成電路，三維電子器件由于具有更高的理論電子元器件集成密度、更靈活的電路設(shè)計(jì)以及更低的器件能耗等特點(diǎn)，成為消費(fèi)級(jí)電子設(shè)備、植入式醫(yī)用電子器械等研究領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)。

然而，在三維電子器件的常規(guī)制備與加工過(guò)程中，豎直電極與層間接觸位點(diǎn)處易出現(xiàn)粘接不緊、錯(cuò)位等現(xiàn)象，不僅影響層間電路的連接性，同時(shí)也限制了器件的豎直電路集成度。此外，由于電路基底多采用硅基或金屬類(lèi)基板，灰塵、高濕度、酸堿性腐蝕液等環(huán)境因素會(huì)造成電路與基板的腐蝕，降低器件的運(yùn)行性能與使用壽命；而致密封裝材料的使用阻礙了電子器件內(nèi)外氣體的交互，限制電子器件應(yīng)用場(chǎng)景的同時(shí)，還易造成腐蝕性氣體在電路表層的滯留。

近日，四川大學(xué)馮文騫研究員團(tuán)隊(duì)用丙烯酸五氟苯酯作為疏水活性單體，通過(guò)光引發(fā)的相分離聚合方法在多種基底（如ITO導(dǎo)電玻璃或柔性PET等）表面一步制備具有胺取代活性的多孔超疏水聚合物涂層，并成功利用數(shù)字光處理（DLP）光源對(duì)超疏水材料表面進(jìn)行無(wú)掩膜光刻，制備出區(qū)域表面能各異的活性超疏水材料，最終實(shí)現(xiàn)了多孔聚合物表面程序化的胺取代功能修飾，并在該活性多孔超疏水網(wǎng)絡(luò)骨架中引導(dǎo)中間層內(nèi)導(dǎo)通電路的原位生成，為三維柔性電子器件中豎直電極的制備與集成提供了一種嶄新的設(shè)計(jì)思路。相關(guān)工作以“Reactive Superhydrophobic Surfaces for Interlayer Electrical Connectivity in Three-dimensional Electronics”為題發(fā)表在《Angewandte Chemie International Edition》期刊上,論文的第一作者為四川大學(xué)碩士研究生謝昕劍，通訊作者為四川大學(xué)馮文騫研究員。

圖1. 胺取代活性超疏水材料制備、圖案化以及三維電子器件制備與特性示意圖

圖2. 具有氨基活性超疏水涂層的一步法制備，以及表面功能分子的圖案化修飾

該涂層不僅便于具有氨基官能團(tuán)的功能（生物）分子在表面的固定，還能引導(dǎo)PEDOT：PSS導(dǎo)電水性分散液進(jìn)行貫穿膜材的圖案化浸潤(rùn)，在多孔聚合物骨架內(nèi)原位生成豎直電極。不僅突破了三維電子器件中豎直電極在集成度與分辨率方面的限制，原位光刻工藝的引入也解決了層間電路精準(zhǔn)連接的難題。活性超疏水作中間層同時(shí)也賦予該柔性三維電子器件優(yōu)良的基底兼容性、透氣性以及抗污自清潔等特性。

圖3. 活性超疏水涂層用作豎直電極中間層實(shí)現(xiàn)三維電子器件的邏輯功能性

圖4. 具有透氣性與抗污性的三維柔性電子

馮文騫研究員于2020年加入四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院材料系，致力于固-液、液-液界面的研究以及功能器件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。課題組常年招收具有高分子、材料、化學(xué)、物理、微電子、化工背景的碩士、博士及博士后，歡迎郵件聯(lián)系交流。聯(lián)系郵箱：feng.wenqian@scu.edu.cn。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202302837