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

來源：高分子科學前沿

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、更靈活的電路設計以及更低的器件能耗等特點，成為消費級電子設備、植入式醫(yī)用電子器械等研究領域的前沿熱點。

然而，在三維電子器件的常規(guī)制備與加工過程中，豎直電極與層間接觸位點處易出現(xiàn)粘接不緊、錯位等現(xiàn)象，不僅影響層間電路的連接性，同時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基板，灰塵、高濕度、酸堿性腐蝕液等環(huán)境因素會造成電路與基板的腐蝕，降低器件的運行性能與使用壽命；而致密封裝材料的使用阻礙了電子器件內外氣體的交互，限制電子器件應用場景的同時，還易造成腐蝕性氣體在電路表層的滯留。

近日，四川大學馮文騫研究員團隊用丙烯酸五氟苯酯作為疏水活性單體，通過光引發(fā)的相分離聚合方法在多種基底（如ITO導電玻璃或柔性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）光源對超疏水材料表面進行無掩膜光刻，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絡骨架中引導中間層內導通電路的原位生成，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計思路。相關工作以“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碩士研究生謝昕劍，通訊作者為四川大學馮文騫研究員。

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的功能（生物）分子在表面的固定，還能引導PEDOT：PSS導電水性分散液進行貫穿膜材的圖案化浸潤，在多孔聚合物骨架內原位生成豎直電極。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連接的難題?；钚猿杷髦虚g層同時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年加入四川大學高分子科學與工程學院材料系，致力于固-液、液-液界面的研究以及功能器件的設計與應用。課題組常年招收具有高分子、材料、化學、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