高性能的柔性有機(jī)薄膜晶體管(OTFTs)在顯示驅(qū)動器、智能卡和射頻識別標(biāo)簽方面具有巨大的應(yīng)用潛力。其中聚合物絕緣層電介質(zhì)材料因其固有的機(jī)械靈活性和易于大面積制備的溶液可加工性，被認(rèn)為是將OTFTs集成到新興顯示和標(biāo)記技術(shù)中的關(guān)鍵組件。如何平衡聚合物絕緣層的介電特性和與有機(jī)半導(dǎo)體分子的兼容性是制備高性能有機(jī)電子器件的基礎(chǔ)。
近日，德國明斯特大學(xué)Harald Fuchs教授，上海交通大學(xué)的李濤研究員和天津大學(xué)的胡文平教授團(tuán)隊在研究聚酰亞胺(PI)的體系中發(fā)現(xiàn)如果將前驅(qū)體聚酰胺酸(PAA)完全(100%)亞胺化成PI, 由于結(jié)構(gòu)中苯環(huán)與脂環(huán)之間強(qiáng)的相互作用，使得PI絕緣性能非常優(yōu)異，但是由于環(huán)之間的強(qiáng)作用形成的二維平面結(jié)構(gòu)與有機(jī)半導(dǎo)體分子之間的作用力比較弱，從而導(dǎo)致半導(dǎo)體生長不規(guī)則和結(jié)晶性差，因此器件的性能不理想。在實驗中發(fā)現(xiàn)，通過簡單的退火溫度的改變，當(dāng)PAA部分亞胺化的時候，會形成一種中間態(tài)共聚物。此共聚物在保證絕緣性能的同時（增強(qiáng)苯環(huán)與脂環(huán)之間的作用），又引入了極性強(qiáng)的官能團(tuán)(-COOH/-CONH)。極性官能團(tuán)的引入增強(qiáng)了其與半導(dǎo)體之間的相互作用力，從而使得半導(dǎo)體的生長更有序，結(jié)晶性更好，制備的器件性能得到了數(shù)量級的提升。這種共聚物在介電性能調(diào)控有機(jī)半導(dǎo)體有序生長兩方面實現(xiàn)了很好的平衡，從而實現(xiàn)了高性能柔性器件和電路的制備。
圖1.聚合物絕緣材料的合成路線
圖2. 器件性能對比
圖3. 柔性晶體管和柔性電路性能表征
這一成果近期發(fā)表在國際著名期刊《Nature Communications》(2018, 9: 2339)上，文章的第一作者是紀(jì)德洋博士。Harald Fuchs教授，李濤研究員和胡文平教授是共同的通訊作者。
