頂刊動態 | Natue子刊/EES/ACS Nano等電子材料學術進展匯總【160615期】

本期導讀：

今天電子電工材料周報組邀您一起來看看Advanced Functional Materials/ACS Nano/Chemical Reviews /Nature Communications/EES期刊電子材料領域最新的研究進展。本期內容預覽：將丁基橡膠用于柔性可伸縮器件；新型自旋熱電材料—反鐵磁性IrMn；納米結構的半導體可提高液晶偏振放射性；用于透明導電氧化物界面工程的膦酸；薄膜氧化物異質結中氧空位摻雜的界面控制及導電性；塑料-紙基板，助力高性能光電器件；韓國先進科技學院提出可用于柔性石墨烯發光二極管的基于協同作用的電極結構；新加坡國立大學通過缺陷設計在單層CH3NH3PbI3/MoS2界面實現超快的空穴傳輸。

1、Advanced Functional Materials：將丁基橡膠用于柔性可伸縮器件

丁基橡膠的制備與表征

柔性可伸縮的電子器件的發展一般主要依賴于一種材料，即聚二甲硅氧烷，用其作為彈性基體。這種材料具備很多優異性能，但是因其高透氣性，在需使用對氧氣和水蒸氣敏感的材料，如有機半導體和可氧化金屬時，對電子設備卻是有害的。因為無法阻止因環境影響而導致的材料分解，因此需要尋找具備氣密性能的新型彈性體，以提高柔性器件的使用壽命。

目前，來自溫莎大學的研究者們選擇具低透氣性的材料—丁基橡膠來作為氣密層以維持氣壓，用于柔性器件中。這種材料光滑，光透明且低透氣性，可替代聚二甲硅氧烷作為氣密材料，防止敏感的電子材料環境老化及有機設備失效。丁基橡膠的使用也將替代具二甲基硅氧烷成為新一代的柔性可伸縮電子器件。

文獻鏈接：Reinventing Butyl Rubber for Stretchable Electronics（Advanced Functional Materials，2016，DOI: 10.1002/adfm.201601283）

2、Advanced Functional Materials：新型自旋熱電材料—反鐵磁性IrMn

自旋賽貝克效應縱向圖示及不同材料自旋熱電電壓比較

通過自旋電流產生電壓，在不同磁性系統中產生的熱電效應在能量收集方面具有潛在的應用前景。但是為提高其實際用途，熱電材料的發電能力還有待完善。提高熱電效應的方法目前有報道的是通過自旋賽貝克效應、各向異性賽貝克效應、電解質賽貝克效應和光電賽貝克效應。

目前，來自韓國科學技術院及其他院校的研究者選擇自旋賽貝克效應來提高熱電性，利用反鐵磁性的(AFM) IrMn作為電極材料。AFM IrMn不僅因其具有較大的反自旋霍爾效應(ISHE)，因而可實現熱能和自旋電流轉換，再轉換為可測量的電壓，而且可通過交換耦合可很容易的來調節材料的磁性結構。

文獻鏈接：Utilization of the Antiferromagnetic IrMn Electrode in Spin Thermoelectric Devices and Their Beneficial Hybrid for Thermopiles（Advanced Functional Materials，2016，DOI: 10.1002/adfm.201505514）

3、ACS NANO：納米結構的半導體可提高液晶偏振放射性

以各向異性的納米晶為背光源的液晶顯示屏圖示

傳統的液晶顯示技術是利用濾色鏡將白光形成彩色像素，但這會導致大量的能量損失，且需要散熱裝置。近年來，量子點開始應用于顯示技術中，這可大大提高顏色亮度及飽和度。這些性質則主要通過調節尺寸、形狀和成分獲得的具直接帶隙半導體的納米晶體來實現。

目前，來自美國和巴西的研究團隊通過在適當的聚合物薄膜中分散不同的納米晶放射體，并通過機械拉伸誘導有序排列實現高質量的液晶宏觀偏振放射區。并對這種由聚合物復合薄膜組成的半導體的偏振性進行研究，這種復合薄膜則是由CdSe/CdS納米棒和膠狀CdS納米片組成。各向異性的納米晶分布在聚合物基底中，可通過拉伸實現單向一致排列。同時還比較了納米棒和納米片的偏振性。并證實各向異性的納米結構可顯著提高液晶顯示的背光源性能。

文獻鏈接：Assessment of Anisotropic Semiconductor Nanorod and Nanoplatelet Heterostructures with Polarized Emission for Liquid Crystal Display Technology（ACS Nano，2016，DOI: 10.1021/acsnano.5b07949）

4、Chemical Reviews：用于透明導電氧化物界面工程的膦酸

透明導電氧化物（TCOs），如銦錫氧化物和氧化鋅，作為有機半導體器件的電極材料起著十分重要的作用。而無機–有機界面的性質，如TCO費米能級和相關傳輸能級之間的抵消以及有機半導體潤濕氧化表面的程度、半導體器件的表面形貌等等都可以顯著影響器件的性能。

有機膦酸（PAs）已經越來越多地被用來調整上述的界面性質，本文主要綜述了PAs對TCO改性的文獻。本文的第一部分概述了TCO表面改性與有機電子的相關性，PAs的合成方法，探討了它們與TCO表面的結合模式，并將PAs與可替代的有機表面改性劑進行了比較。第二節討論了PA單層沉積方法，單層形成的動力學，以及TCOs上分子取向的結構證據。第三節討論了使用PAs后TCO工作函數的修正，PAs 對TCO表面能的調整等等。最后，對PA改性TCOs在有機發光二極管、有機太陽能電池上的應用進行了比較。

文獻鏈接：Phosphonic Acids for Interfacial Engineering of Transparent Conductive Oxides（Chem. Rev. ，2016，DOI: 10.1021/acs.chemrev.6b00061）

5、Nature Communications：薄膜氧化物異質結中氧空位摻雜的界面控制及導電性

?樣品示意圖

由于薄膜氧化物異質結一系列顯著的特性，使人們對于在它們的合成和表征產生了強烈的興趣。而對異質結性能影響最大的莫過于氧化物薄膜異質結的界面以及表面附近的氧空位，例如，與金屬-絕緣體轉變或電阻轉變相關的巨大電阻變化就歸因于薄膜異質結氧空位濃度的增加，非磁性材料的薄膜異質結的磁性也主要由于氧空位和氧化物異質結的界面附近的氧空位的存在等等。

Boyd W. Veal等人發現了可逆控制氧化物異質結中氧空位濃度和分布的一種方法。他們在離子導電的氧化釔穩定氧化鋯襯底上生長出導電的In2O3薄膜，然后通過在界面上施加定向的電場使氧離子重新分布在異質結界面，從而可以控制氧空位摻雜薄膜，并且有可能使薄膜的導電性提高幾個數量級。這種可逆的改性行為依賴于界面性能，并且不需要陽離子摻雜或氣體環境的變化就可以實現。

文獻鏈接：Interfacial control of oxygen vacancy doping and electrical conduction in thin film oxide heterostructures（Nature Communications，2016，DOI: 10.1038/ncomms11892）

6、EES：塑料-紙基板，助力高性能光電器件

塑料和紙結合的示意圖

光電子器件以基板為基礎。為了提高光進入和射出光電器件的效率，如薄膜太陽能電池和靈活照明，具有高透光率和高霧度的基板是最理想的。不幸的是，光學透過率和光學霧度在同一個基板中通常是彼此對立的：塑料具有高透明性，但霧度很低，而紙張具有高的光學霧度，但透射率很低。

Yonggang Yao等人通過模板浸潤法將這兩種材料結合在一起，獲得了一種塑料-紙新型基板，在寬帶波長下其具有很高的光學透過率（＞85%）和高霧度（> 90%）。這種塑料-紙基板具有超平的表面以及機械柔性，在不同溶劑都具有耐用性，并且與制備半導體的標準工藝兼容，還可以提高OLED（有機發光二極管）和GaAs太陽能電池的效率。由于其低成本，高透明性和高霧度，這種基板可以應用于一系列的光電器件。

文獻鏈接：Light management in plastic–paper hybrid substrate towards high-performance optoelectronics（Energy & Environmental Science，2016，DOI: 10.1039/C6EE01011C ）

7、Nature Communications：韓國先進科技學院提出可用于柔性石墨烯發光二極管的基于協同作用的電極結構


OLED器件結構示意圖

由于石墨烯有機發光二極管在柔性光源中光明的應用前景，因而它成為下一代顯示和照明的關鍵。然而，石墨烯有機發光二極管的效率，在最好的情況下，也僅能達到傳統的銦錫氧化物有機發光二極管的水平。

韓國先進科技學院的研究人員提出一種基于高指數二氧化鈦層和低指數空穴注入層夾層石墨烯電極的協同相互作用的理想電極結構。該電極結構不僅能使空腔共振的增強得以最大化，表面等離子體激元的極化損失有所緩和；還能使有機發光二極管表現出超高的外量子效率，單介面和多介面器件的外量子效率分別可達40.8%和62.1%。用這種電極在塑料上制備的有機發光二極管的反復可彎曲半徑為2.3毫米，導致這種現象的部分原因是二氧化鈦層經過裂紋偏轉增韌后可承受高達4%的彎拉應變。

文獻鏈接：Synergetic electrode architecture for efficient graphene-based flexible organic light-emitting diodes（Nature Communications，2016，DOI: 10.1038/ncomms11791）

8、ACS Nano：新加坡國立大學通過缺陷設計在單層CH3NH3PbI3/MoS2界面實現超快的空穴傳輸

光伏器件的性能主要取決于給體和受體界面處吸收層和電子傳輸層的光俘獲能力。厚度僅為原子級的二維過渡金屬硫化物(2D TMDCs)表現出很強的光?物質相互作用，大光電導率和高電子遷移率，因此成為可用于下一代超薄太陽能電池和光電器件的最有前景的材料。然而，這種厚度僅為原子級的超薄層的固有缺陷就是吸收光程短，限制了其實際應用。包含二維過渡金屬硫化物（MoS2）的異質結幾何構型和電子-空穴擴散距離較長的強吸收材料，如鉛鹵化物(CH3NH3PbI3)鈣鈦礦，有可能在一定程度上克服這一限制，假設其能帶偏移不會阻礙異質結界面的電子傳輸。

新加坡國立大學的研究人員發現通過一種溫和的等離子體處理方法在MoS2中產生硫空穴可以克服CH3NH3PbI3/MoS2界面處固有的能帶偏移；隨著光致激發，在320 fs內83%的空穴從CH3NH3PbI3高速轉移到MoS2。最重要的是，新加坡國立大學的這項研究突出強調了將2D TMDCs作為電子提取層用于鈣鈦礦光電器件中的可行性。

文獻鏈接：Achieving Ultrafast Hole Transfer at the Monolayer MoS2 and CH3NH3PbI3 Perovskite Interface by Defect Engineering（ACS Nano，2016，DOI: 10.1021/acsnano.6b02845）

本期內容由材料人電子電工材料學習小組大黑天、風之翼和以亦編寫，材料牛編輯整理。

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