论文部分内容阅读
当前,人们对可穿戴和可植入设备的需求迅速增长。可拉伸器件能够保证可穿戴和可植入设备舒适贴合、精确测量和使用寿命,因此它的实现是至关重要的。相比于传统的硅基材料,共轭聚合物由于可溶液加工、相对低的模量(E)和高度可调的化学结构等特点而受到越来越多的关注。本文主要研究了聚3-己基噻吩(P3HT)与苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SIS)共混制备的垂直双层结构的复合膜,并将其应用于可拉伸晶体管。工作内容如下:(1)P3HT/SIS垂直分层复合膜的研究。将P3HT与绝缘聚合物SIS的共混溶液旋涂到高表面能的基底上,通过表面诱导垂直相分离获得P3HT富集在顶部和SIS沉积在底部的的垂直双层结构的复合膜,一步获得了有机薄膜晶体管的半导体层与绝缘层。通过改变复合膜中P3HT的含量来调控复合膜的相态结构,结果表明P3HT浓度为0.25 mg/mL时(复合膜P3HT-0.25),P3HT在SIS基质的表面铺满,形成一层上表面连续而相界面粗糙的超薄膜,厚度约为3.91 nm,并且在此配比下的场效应性能最佳,获得了1.0×10-2 cm2V-1s-1的平均迁移率。此外,复合膜的场效应性能均表现出较好的均匀性和重复性。提供了一种简单且高效的方法来一步获得可拉伸半导体和绝缘层,为制作可拉伸晶体管提供了可能。(2)拉伸状态下的P3HT/SIS复合膜的场效应性能研究。通过将复合薄膜转移到弹性体表面进行拉伸的方法,研究了不同拉伸应变下的复合薄膜的有机薄膜晶体管器件场效应性能,测试结果表明,复合膜表现出较高的耐拉伸性,其中复合膜P3HT-0.25在施加低于50%的拉伸应变时,没有裂纹形成,迁移率(μ)的下降变化不明显,施加100%的拉伸应变时才出现微小裂纹,μ下降了84.5%(相对于未拉伸状态)。循环拉伸测试结果表明,复合膜P3HT-0.25在50%应变下循环拉伸200次未观察到裂纹,而迁移率在前几次循环拉伸后表现出微弱的下降,之后维持稳定。P3HT/SIS复合膜的耐拉伸性归因于共混相分离形成的P3HT/SIS垂直分层的褶皱界面和超薄的P3HT半导体层的形成。(3)基于P3HT/SIS复合膜的可拉伸晶体管的制备及性能研究。设计了一种适用于P3HT/SIS复合膜的可拉伸晶体管的制备方案。使用弹性体与金属复合的可拉伸电极作为源漏电极,镓铟液态金属(EGain)作为栅极,复合膜P3HT-0.25作为半导体层和绝缘层,制备了可拉伸晶体管器件。在未施加拉伸应变时,可拉伸晶体管的μ为1.3×10-2 cm2V-1s-1。可拉伸晶体管在在施加低于50%的拉伸应变时,μ有所下降,但下降控制在一个数量级以内,当释放应变之后,μ有所恢复。