本征柔性有机电子器件的研究进展

本征柔性有机电子学是近年来涌现的一项变革性的前沿交叉学科,它赋予电子材料可印刷、可折叠和可拉伸等特性,使其应用于健康医疗、柔性显示、传感探测、人工智能和脑机接口等前沿领域.为了进一步拓展本征柔性有机电子器件的应用场景,设计开发高性能、高显示度、高稳定性的本征柔性材料和有机电子器件是当前的研究重点.本文主要介绍了近年来本征柔性有机电子学相关领域的前沿研究进展,重点讨论了本征柔性材料与有机电子器件的设计和制备策略、本征柔性材料图案化工艺和集成电路,分析了本征柔性有机电子学领域的技术瓶颈和前沿问题,总结和展望了本征柔性有机电子器件的应用前景与未来发展趋势.     

聚酰亚胺缓冲层改善氧化铟锡导电阳极在聚乙烯基对苯二酸酯柔性基片上附着力的研究

在柔性有机电致发光器件中通常使用的柔性聚乙烯基对苯二酸酯(PET)基片上, 制备了一层聚酰亚胺(PI)缓冲层以改善氧化铟锡(ITO)阳极在基片上的附着力. 经过划痕法的测试, 柔性导电基片的临界载荷值大大提高, 基片抗弯折的能力也有很大的改善. 与使用普通PET基片制备的有机电致发光器件相比, 使用复合基片制备的器件的电流密度和发光亮度均提高了4倍左右.     

柔性电子喷印制造: 材料、工艺和设备

喷印技术直接将功能材料沉积到基板上形成图案, 有望成为高性能柔性电子的主流制造工艺之一. 目前, 喷印技术面临材料、工艺和设备等诸多挑战. 本文讨论了无机、有机以及纳米复合喷印材料的电学性能, 分析了打印性能与黏度、表面张力、蒸发率等关系. 压电、热泡等传统喷印可实现微米级分辨率图案化, 而电喷涂、电纺丝、电喷印等电流体动力喷印可实现纳米级分辨率图案化, 如何通过多场调控提高其喷印过程操控性至为关键. 讨论了电流体动力喷印设备实现关键技术, 包括液滴操控、喷嘴设计、卷到卷输送等. 最后展望了柔性电子喷印制造需研究并解决的关键科学技术问题.     

导电微纤维的微流控制备及其在柔性电子领域的应用

柔性电子是一种新兴的电子技术.近年来,随着电子材料研究的深入,柔性电子已成功地与多个学科领域结合,成为跨学科研究的热门领域之一.与传统的刚性电子产品相比,柔性电子在轻便性、生物相容性、可穿戴性、机械稳定性和灵活性等方面展现出极大的优势.而纤维材料作为柔性电子系统的基础结构之一,其具有质量轻、机械柔韧性好、功能性多样的优点,在柔性电子膜、纺织品、可穿戴设备等多个行业中发挥着重要作用.在多种纤维制备方式中,微流控可以实现对微通道流体的精准操控,被证实可以实现多样化结构微纤维的制备.随着理论研究的深入和技术工艺的革新,微流控技术被认为是一种经济而有力的用于制造柔性导电微纤维的工具,并推动了其在柔性电子器件如传感器、储能器等方面的应用.因此,本文首先总结微流控纺丝技术在导电微纤维制备领域的研究进展,包括实心结构、核壳结构及多组分结构微纤维的制备;然后,重点介绍导电微纤维在传感、能量存储、组织工程等柔性电子领域的应用进展;最后,针对导电纤维用于柔性电子领域将面临的挑战和发展方向进行展望.     

石墨烯在柔性锂离子电池中的应用及前景

随着具有变形功能的移动电子设备的出现和发展,为其供电的可变形、柔性锂离子电池近年来受到广泛关注.柔性锂离子电池一般指具有可逆弹性变形能力,同时可正常工作的锂离子电池.按照变形难易程度,大部分研究中的柔性锂离子电池,均指可弯折柔性锂离子电池.本文总结了石墨烯在可弯折柔性锂离子电池领域的进展情况.石墨烯具有很高的电子电导率,可将石墨烯附着于高分子、纸、纺织布等柔性基底上,利用基底提供柔性支撑、力学性能,石墨烯提供导电网络,形成石墨烯/柔性基体复合结构.利用石墨烯的二维柔性结构及表面官能团,与其他材料复合,能够制备出一体化石墨烯复合柔性电池电极.石墨烯柔性复合材料作为电极时,能够提高电池的整体能量密度,因此具有更广阔的发展前景.本文同时介绍了柔性锂离子电池的力学特性和电化学性能表征方法,并对柔性锂离子电池的未来发展方向进行了预测.柔性锂离子电池发展趋势是提高其变形能力,并赋予柔性锂离子电池一定的可拉伸性能,以使其适应各种复杂应用;新型柔性锂离子电池也将具有自修复和快速充电能力;未来同时将研究喷涂或打印等新型柔性电极的制备和器件优化设计.虽然仍然存在尚待解决的问题,石墨烯柔性锂离子电池经过适当的电化学性能和力学性能改进,将在移动电子领域得到广泛应用.     

柔性电子卷到卷制造收卷内应力研究综述

卷到卷制造是通过柔性基板成卷连续加工的制造技术,充分利用了柔性电子可变形特性,是实现柔性电子大面积、规模化制造的最有效技术途径之一.收卷单元是卷到卷连续制造系统的必要组成,其内应力控制是影响柔性电子成品质量与生产效率的关键因素.本文详细介绍了柔性基板卷绕收卷内应力研究概况,重点综述了基于叠加原理的弹性力学方法、开尔文模型的拉普拉斯变换方法、松弛半径概念的离散建模方法和有限元方法等建立的收卷内应力研究模型;讨论了收卷速度造成的惯性力变化、基板厚度不均及弹性变形、环境温度与卷绕基板各层间卷入空气夹层、以及收卷单元压辊与气胀轴结构因素对收卷内应力的影响;分析了常用锥张力、恒张力等收卷内应力控制方法,并介绍了柔性RFID标签、燃料电池膜电极和柔性OLED等代表性柔性电子卷到卷制造系统中收卷内应力控制工程应用;最后提出了柔性电子卷到卷制造系统中收卷内应力进一步研究的关键问题:非均匀非等厚基板引起周向应力分布变化和层间接触不连续,并展望了收卷内应力研究方向.     

可穿戴式柔性电子应变传感器

传统的电子应变传感器大多基于金属和半导体材料,其便携性、柔韧性和可穿戴特性差.随着柔性电子材料和传感技术的快速发展,柔性应变传感器在电子皮肤和机器人等领域的应用引起人们越来越广泛的关注.由于生物相容性好,同时兼具可穿戴性、实时监测、非侵入式等一系列优点,高弹性和可拉伸性应变传感器的开发逐渐成为研究热点.本文综述了近年来可穿戴式柔性电子应变传感在材料发展、传感机理、集成输出及潜在应用等方面的研究进展,对可穿戴式柔性电子传感器所面临的挑战做了简单讨论,提出了一系列可能的优化及解决方案,并对其未来的发展方向进行了展望.     

“原位生长”阵列化薄膜助力高效柔性太阳能电池

<正>有机-无机杂化钙钛矿材料具有高的光吸收系数(10~5cm~(–1))、大的电子/空穴扩散长度(高达1μm)、带隙易于调节(1～2.5 eV)、较小的激子结合能(约40 meV)、可进行低成本的溶液加工等特性,使得钙钛矿太阳能电池在过去十年得以快速发展.目前,钙钛矿太阳能电池的最高效率已经超过25%,且稳定性也得到了很大的提高,有望获得实际应用.由于其与柔性可穿戴电子器件的兼容性,基于柔性基底的钙钛矿太阳能电池正引起社会的广泛关注,器件性能也不断提高.虽然一维(1D)纳米阵列能有效减少太阳光损失、抑制电子复合、促进载流子的分离和传输,从而增强     

表面态和线间距对ZnO纳米线/聚(3-己基噻吩)复合纳米结构光伏性能的影响

正基于导电聚合物的有机光伏器件具有低成本、重量轻和柔性等优点.然而,相对于无机材料而言,其载流子迁移率较低.引入高迁移率的无机材料和导电聚合物构筑复合形成混相的异质结结构可以有效解决此问题.通过此种方式,在导电聚合物中产生的激子不需要传输过长的距离到达施主/受主界面,电荷分离过程能够发生在光活性层中的有机/无机材料界面.最常用的电子受主材料是C60的衍生物以及无机纳米     

柔性及半透明钙钛矿太阳能电池

近几年来,有机-无机杂化的钙钛矿太阳能电池的效率突飞猛进,仅仅4年时间里,基于这类材料的固态太阳能电池效率已经达到了经过认证的22.1%.该效率能够与商用的硅基太阳能电池相媲美,并且已远超有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池的效率.除了可观的效率,相较于其竞争对手,该类材料具有适应于低温/空气中的溶液处理的能力以及更好的柔性,使其在大规模制备上具有成本优势以及能更好地应用于可穿戴电子设备的能力.本文聚焦于柔性及半透明钙钛矿太阳能电池近期的发展.在柔性钙钛矿太阳能电池方面,讨论了两种主要的器件结构:平面型及纤维型;而在半透明钙钛矿太阳能电池方面,则讨论了两种主要的构造策略:减少膜厚及形成孤立的岛状结构.鉴于该类材料的优势和特性,我们可以确信其在柔性及半透明太阳能电池领域的应用潜力,而这些应用也将进一步推动基于该类材料的太阳能电池的发展.     

柔性全有机薄膜场效应晶体管的制备和性能

在聚乙烯基对苯二酸酯基片上依次制备氧化铟锡电极、聚甲基丙烯酸甲酯绝缘层、并五苯半导体层和金电极, 得到了柔性全有机薄膜场效应晶体管, 器件的载流子迁移率为2.10×10^-2 cm²·(V·s)^-1, 开关电流比超过10⁵. 同时研究了柔性全有机薄膜场效应晶体管在不同曲率半径下的性能.     

MMONS高非线性光学效应的量子化学研究

随着光电技术的发展,非线性光学材料的需求将日益增加,有机倍频材料,与无机材料相比,具有非线性光学系数高,光学响应快以及损伤阀值高等优点,是近年来激光材料领域的热门研究课题之一.一般认为,非线性光学效应是由于物质受光波照射后,电子在一定方向上发生移动,产生超极化效应所引起的.有机共轭体系中,分子平面化,π电子趋于离域,往往     

纸基和类纸基柔性薄膜器件研究进展

近年来,柔性薄膜器件得到了蓬勃的发展,尤其是纸基或类纸基的器件由于具有低成本、柔性、多孔性、自发的液体驱动性等独特的优势,在生物、化学、物理、材料等领域都已得到了广泛的应用.得益于纸基和类纸基(柔性基质材料和光子晶体纸)等膜材料的快速发展,许多多功能、高集成的膜基器件得以问世,使得传统纸张与其他薄膜材料之间的严格界限也逐渐变得模糊.传统纸张可以被认为是一种柔性的薄膜材料,而具有适当柔性或多孔结构的薄膜材料也可以被定义为"纸".纸基和类纸基材料可以驱动液体和调控电子,制作出来的柔性薄膜器件可以用于生化分析器件和复杂的微电子器件.本文较为全面地对传统纸张以及其他柔性薄膜材料所制作的柔性薄膜器件的历史发展和最新进展进行了总结,包括纸基和类纸基柔性膜的制备方法、对微流体和电子的操控和基于这些操控所衍生出来的多元化应用.     

氧化铟锡/银/氧化铟锡多层膜作为阳极的柔性有机电致发光器件

在柔性聚乙烯基对苯二酸酯基片上于室温条件下沉积了氧化铟锡/银/氧化铟锡(ITO/Ag/ITO)交替多层膜, 利用氧化铟锡/银/氧化铟锡多层膜作为复合阳极制备了柔性有机电致发光器件. 研究结果表明: 当金属银层厚度为14～18 nm的条件下, 复合阳极具有良好的综合性能指标, 其方块电阻为11 W, 可见光透过率约为80%. 与单一氧化铟锡阳极器件相比, 使用复合阳极的器件的发光亮度和发光效率均得到了显著提高.     

熔融共混结晶助力高效有机太阳能电池大面积制备

<正>有机太阳能电池因为其重量轻、可柔性加工、容易与可穿戴设备以及室内光伏设备相集成等优点,受到科学界和工业界的关注,近年来效率逐步突破,已经超过19%.除了设计具有高效率的有机分子,制备高质量的双连续体异质结结构、得到理想的有机共混形貌,也是提升有机太阳能电池效率的有效手段.在实验室制备中,科学家们通常通过添加剂、热退火、溶剂工程等方法改善有机共混层形貌.     

以聚乙烯亚胺作为电子注入层的有机-无机复合发光器件

聚乙烯亚胺(PEIE)能有效地提高有机-无机复合发光器件中氧化锌对发光聚合物特别是具有较低电子亲和势蓝色发光聚合物的电子注入效率,以PEIE作为电子注入层的有机-无机复合发光器件具有与采用低功函数金属阴极的传统结构器件接近的发光效率.有机-无机复合磷光器件的外量子效率为19.1%,为目前该类器件的最高效率.     

可延展柔性无机电子器件的结构设计力学

传统的电子器件都是基于无机半导体材料(例如硅),由于其硬、脆的性质使电子器件不能变形,无法满足下一代电子器件在形状可变性尤其是人体适用性上的需求.为突破这一瓶颈,近年来基于无机半导体材料的可延展柔性电子器件凭借其优异的适应变形的能力(可弯曲、扭转、伸缩等)极大拓展了传统无机电子器件的应用范围,备受学术界和电子产业界的瞩目.这种具有可延展柔性的电子器件主要是通过力学结构设计的方法,将无机半导体电子器件置于柔性基体上以实现整体的可弯曲及可延展.本文综述了近年来可延展柔性无机电子器件的结构设计发展,主要针对两类主要的可延展柔性结构:波纹结构和岛桥结构,对其力学设计原理和实验结果进行综述,不仅揭示了其变形机理,更重要的是为优化结构设计提供了理论依据.     

低温制备高效透明铂对电极及其在柔性染料敏化太阳能电池中的应用

采用真空热分解法在柔性ITO/PEN衬底上120℃制备高效透明柔性铂对电极,获得的铂对电极在柔性染料敏化太阳能电池中显示出较好的化学稳定性、良好的透光性及对I3-/I-有较高的催化性能.与染料敏化的TiO2/Ti光阳极组装的柔性染料敏化太阳能电池在100mW cm-2模拟太阳光照下,光电转换效率达到5.14%.相比较于其他制备铂对电极的方法,真空热分解法适用于低温在柔性聚合物衬底上制备铂对电极.     

封面说明

<正>不同于以发光层为中心构筑的有机发光二极管,平面pn异质结型有机发光二极管仅由空穴和电子传输材料层叠而成,不含有独立的发光层.其发光中心来源于有机p型空穴传输材料和n型电子传输材料相互接触的界面,发光颜色由p型空穴传输材料和n型电子传输材料的协同作用决定.空穴和电子经电极界面注入后,在器件内部进行传输和复合的过程不需要克服传统有机发光二极管中     

掺杂聚合物蓝光LED及平面显示

聚合物材料由于成本低廉,器件制备工艺简单,高量子效率,因此近年来越来越受到人们的重视。用聚合物材料作为有源层制作的发光二极管具有发光面积大,发光波长范围广(可覆盖整个可见光范围),并且可做在柔性衬底上等优点,因此,在大面积彩色显示方面具有广阔的应用前景。 聚合物发光二极管的工作原理是:功函数大的金属(如ITO,Au等)与聚合物形成欧姆接触,功函数小的金属(如Ca,Mg,Al等)与聚合物或有机材料形成Schottky势垒接触,空穴与电子分别从正负电极注入到发光层中,然后辐射复合发光。