AFM：加拿大學者開發出新型阻氣性彈性體，助力柔性光電制造
【背景】
目前，柔性電子設備的發展嚴重依賴于聚二甲基硅氧烷彈性基板。雖然聚二甲硅氧烷有許多獨特的優勢,但對于不耐氧氣和水蒸氣腐蝕的材料來說,其高透氣性反而有害，比如有機半導體以及易氧化金屬等。從該角度考慮，聚二甲基硅氧烷并不能保護材料免受大氣腐蝕。因此，當務之急是開發阻氣性較好的彈性基板,以提高可伸縮元件的壽命。
該研究中,研究人員將丁基橡膠材料改造用于可伸縮電子產品基板。丁基橡膠有著很低的透氣性，目前經常用作橡膠輪胎的密封層（內襯），用以保持輪胎的氣壓。該材料不僅光滑透明,還具有獨特的低透氣性,倘若用于防電子材料大氣腐蝕失效方面，其效果要遠遠優于聚二甲基硅氧烷。
【圖文導讀】
圖一 透明丁基橡膠(T-IIR)的制備及其性能表征
圖1a ?帶有乙烯基的丁基橡膠離子交聯聚合物（BB2030-DPPS）的制備。利用商業溴化丁基橡膠（BB2030）與二棕櫚酰磷脂酰絲氨酸（DPPS）反應，生成帶有乙烯基的丁基橡膠離子交聯聚合物。此外，優先經自由基齊聚反應進行交聯材料，再將帶有乙烯基的丁基橡膠離子交聯聚合物與過氧化氫混合，最后在175℃下壓模鑄造制備出交聯透明丁基橡膠板。
圖1b ?透光度是透明丁基橡膠能否在柔性光電領域應用的一個關鍵指標。標準的壓縮成型方法生產的透明丁基橡膠板表面粗糙，透光較低。本圖為透明丁基橡膠熔鑄聚四氟乙烯的透射光譜（紅色線），以及表面鍍鋁聚二甲基硅氧烷的透射光譜（綠色線）。從圖中可以看出透明丁基橡膠熔鑄聚四氟乙烯，在波長為550 nm時透光率只有15%。
圖1c ?為透明丁基橡膠熔鑄表面鍍鋁聚二甲基硅氧烷實物樣品照片，該樣品的均方根表面粗糙度為3.9±0.6 nm，容易脫模。其表面平滑度相當于圖1b 中波長為500nm時透光率為80%的樣品。
圖1d ?為透明丁基橡膠熔鑄表面鍍鋁聚二甲基硅氧烷的原子力顯微形貌。分析對比發現，雖然聚二甲基硅氧烷的表面粗糙度（1.4±0.3nm）與其所差無幾，但聚二甲基硅氧烷的透光度要好得多（550nm 時透光率為100%）
圖二 用于有機電子材料設備的透明丁基橡膠氣體隔離層
圖2a為玻璃基混合鹵化物鈣鈦礦薄膜的紫外—可見光吸收光譜。已知該種物質在潮濕的環境下受熱易分解。所以該研究在以下條件下：用透明丁基橡膠蜜密封薄膜24 h（綠色線）和48h（藍色線），聚二甲基硅氧烷密封薄膜24小時（紅色線），薄膜無密封處理24小時（紫色線），然后在相對濕度為100%時將薄膜加熱到75℃。測試吸收率以表征氣體隔離層的效果。并設置了原始的、未經處理的鈣鈦礦薄膜（黑線）作為原始對照組，圖中可以看出原始對照組在適宜的環境下表現出了超高的吸收率。
圖2b為LEEC密封示意圖。LEEC的結構由下至上依次為玻璃板、氧化銦錫、磷光材料Ru(dtb-bpy)3(PF6)2、純金金屬層、彈性密封層。（注：LEEC架構簡單,為三明治結構，自發光材料位于中間層，形成兩電極間的離子和電子導體混合結構）
圖2c為聚二甲基硅氧烷密封LEECs，潮濕處理前（紅色線）后（黑色線）的電流（實線）和輻射率（虛線）隨時間變化曲線。可觀察到潮濕處理后電流提高，但光輻射率有較大程度的降低。
圖2d為透明丁基橡膠密封LEECs，潮濕處理前（紅色線）后（黑色線）的電流（實線）和光輻射率（虛線）隨時間變化曲線。可觀察到潮濕處理后電流和光輻射率保持相對穩定。
圖三 用于金屬防腐的透明丁基橡膠氣體隔離層
圖3a-3f：圖3a和3d分別為未處理的銅片和銀層形貌；圖3b和3e分別為用二甲基硅氧烷密封后的銅片和銀層在相對濕度為100%的環境下暴露7天后的樣品形貌；圖3c和3d分別為用透明丁基橡膠密封的銅片和銀層在濕度為100%的環境下暴露7天后的樣品形貌。
圖3g和3h分別為在相對濕度為100%的環境下，用透明丁基橡膠（插圖為用二甲基硅氧烷）密封的銅片和銀層電阻隨時間變化曲線。
圖3i為在相對濕度為100%環境下，用二甲基硅氧烷（藍色線）和透明丁基橡膠（綠色線）密封的LED電路電壓隨時間變化曲線。
圖3j為用透明丁基橡膠密封LED電路，在水中浸泡180小時前后的宏觀照片，其中插圖為浸泡前的宏觀照片。
注：圖中比例尺為200μm，膜厚為250埃（25μm）
圖四 用于抗硝酸酸霧腐蝕的透明丁基橡膠隔離層
圖4a 為納米銀線薄膜層在硝酸酸霧腐蝕前的紫外-可見光透射光譜（黑色線）；無密封層條件下經12小時硝酸酸霧腐蝕處理后的透射光譜（藍色線）；用透明丁基橡膠（綠色線）或二甲基硅氧烷（紅色線）密封后的紫外-可見光透射光譜
圖4b-4d為玻璃基納米銀線薄膜的光學顯微圖（比例尺為40μm）。圖b為未處理納米銀線顯微圖；圖c和圖d分別為在片壓式二甲基硅氧烷和壓片式透明丁基橡膠隔離防護下，經硝酸酸霧腐蝕12小時后的光學顯微照片；對比發現透明丁基橡膠的防護效果更好。
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