柔性電子材料制備的案例
一種普適性柔性電子器件快速制備技術(shù)
近年來液態(tài)金屬取得了突破性進(jìn)展，其在現(xiàn)代柔性電子領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用前景。
基于半液態(tài)金屬墨水及其在不同基底表面的選擇性粘附機(jī)理，劉靜清華理化所聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室提出了一種具有普適性的柔性電子超快速制造技術(shù)——SMART (semi-liquid metal and adhesion-selection enabled rolling and transfer)，相關(guān)工作發(fā)表在Science China Materials上。該技術(shù)成本低，可用于制備大面積高精度液態(tài)金屬線路，且制造速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過經(jīng)典電子制造及液態(tài)金屬電路打印技術(shù)。
圖1 半液態(tài)金屬選擇性黏附滾動(dòng)涂覆與轉(zhuǎn)印(SMART)流程圖
圖2 一系列大面積導(dǎo)電圖案
劉靜等人制備了一系列具有優(yōu)良的電學(xué)穩(wěn)定性和適應(yīng)性的柔性、可拉伸電路，如多層電路、大面積電路以及拉伸傳感器等。此外，基于該技術(shù)制備的液態(tài)金屬電路具有可回收的優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)的實(shí)施無需復(fù)雜設(shè)備，有望在今后的工業(yè)生產(chǎn)和個(gè)人消費(fèi)電子領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
該研究論文最近發(fā)表于Science China Materials, 2018, doi: 10.1007/s40843-018-9400-2。
展開 ：噴墨印刷制備大面積柔性少層石墨烯熱電材料
該研究報(bào)道了可應(yīng)用于柔性熱電器件的石墨烯薄膜的大面積噴墨印刷技術(shù)。所利用的石墨烯來源于通過超聲輔助液相剝落（UALPE）剝離的塊狀石墨。用該方法制備的石墨烯薄膜表現(xiàn)出類似于少層石墨烯的電子傳輸性能，但卻具備來源于無序納米結(jié)構(gòu)的玻璃態(tài)導(dǎo)熱性能。結(jié)果表明，薄膜的熱電性能不僅超過了以前關(guān)于全石墨烯材料的報(bào)道，而且還與通過更復(fù)雜的合成方案生產(chǎn)的先進(jìn)石墨烯-導(dǎo)電聚合物納米復(fù)合材料的熱電性能相當(dāng)。
浙江大學(xué)周珠賢團(tuán)隊(duì)AFM：綠色、輕便、柔性的金屬有機(jī)框架/纖維復(fù)合材料CelluMOFs的制備及其多重應(yīng)用
傳統(tǒng)方法包括物理吸附和化學(xué)修飾可以賦予纖維素豐富的功能（如光譜抗菌、環(huán)境污染物凈化、傳感、催化等），但是，這些制備方法通常需要有害的有機(jī)溶劑、苛刻的反應(yīng)條件、昂貴的設(shè)備以及繁瑣的反應(yīng)步驟。因此，亟需提出一種綠色、簡(jiǎn)便、低成本的纖維素復(fù)合材料制備方法。
近年來通過在纖維素表面引入如納米管、石墨烯、量子點(diǎn)、金屬有機(jī)框架材料（MOFs）等納米結(jié)構(gòu)極大地改善了纖維素材料的特性并擴(kuò)大了其應(yīng)用場(chǎng)景。其中，γ-環(huán)糊精金屬有機(jī)框架材料（γ-CD-MOFs）因其可食用性、生物相容性高以合成便捷而起了廣泛的研究和關(guān)注。利用纖維素與環(huán)糊精的結(jié)構(gòu)上相似的糖基單元，在天然纖維素纖維上通過原位生長(zhǎng)得到γ-CD-MOF/纖維復(fù)合材料（CelluMOFs），比表面積增大了50倍以上，對(duì)功能分子（精油、抗菌劑和活性藥物）的負(fù)載能力提高了約23-36 倍。CelluMOFs還表現(xiàn)出對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物和二氧化碳的高吸附能力。此外，裝載有模型藥物阿霉素（DOX）的 CelluMOFs 紡織品顯示出穩(wěn)定的釋放曲線和深層皮膚滲透能力。
通過水熱法在纖維基材表面原位生長(zhǎng)γ-CD-MOFs（圖1a），電鏡圖觀察到纖維表面密集均勻的MOF晶體，尺寸約為200 nm（圖1b）。能譜圖中鉀元素的位置與碳元素，氧元素的位置對(duì)應(yīng)，進(jìn)一步證明了纖維表面MOF的分布（圖1c）。與原始的棉布相比，X射線衍射圖譜顯示CelluMOFs 在2θ = 4.04°, 5.66°, 7.04°, 8.08°, 13.03°, 16.68° 處顯示出γ-CD-MOFs的特征峰，證明晶體在纖維素基材表面仍然保持良好的晶型（圖1c）。CelluMOFs的氮?dú)馕?脫附曲線屬于?型曲線，在較低的壓力下迅速上升，證明了微孔結(jié)構(gòu)的存在（圖1d）。
展開 電子封裝用陶瓷基板材料及其制備工藝
DPC基板制備工藝流程
DPC技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：低溫工藝（300℃以下），完全避免了高溫對(duì)材料或線路結(jié)構(gòu)的不利影響，也降低了制造工藝成本；采用薄膜與光刻顯影技術(shù)，使基板上的金屬線路更加精細(xì)，因此DPC基板非常適合對(duì)準(zhǔn)精度要求較高的電子器件封裝。但DPC基板也存在一些不足：電鍍沉積銅層厚度有，且電鍍廢液污染大；金屬層與陶瓷間的結(jié)合強(qiáng)度較低，產(chǎn)品應(yīng)用時(shí)可靠性較低。
聲 明：文章內(nèi)容來源先進(jìn)陶瓷材料，僅作分享，不代表本號(hào)立場(chǎng)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系小編刪除，謝謝
SiCp/Cu電子封裝材料的主要制備方法
因此，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于該工藝制備SiCp/Cu電子封裝材料的報(bào)道較少。但是，壓力浸滲法是在真空條件下的外加壓力的液相浸滲過程，能夠保證Cu液浸滲的充分性和SiC與Cu良好的界面結(jié)合，制備出的材料致密度高，有利于獲得優(yōu)異的性能。
反應(yīng)熔滲法
反應(yīng)熔滲法制備SiCp/Cu電子封裝材料是在高溫下將Cu-Si合金熔體浸滲入多孔碳坯體中，利用Cu-Si合金中的Si在一定的溫度下與碳坯體發(fā)生反應(yīng)，原位生成SiC增強(qiáng)相而制備SiCp/Cu電子封裝材料的方法。反應(yīng)熔滲法制備SiCp/Cu電子封裝材料主要包括兩個(gè)環(huán)節(jié)，即多孔碳坯體制備和Cu-Si合金熔體浸滲。反應(yīng)熔滲法是一種快速、近凈成型工藝，能制備形狀復(fù)雜的零件且尺寸變化小。該方法中SiC增強(qiáng)相是通過原位反應(yīng)形成的，尺寸細(xì)小、界面無污染、與基體界面結(jié)合強(qiáng)度高。但是，該方法制備SiCp/Cu電子封裝材料過程中反應(yīng)的充分性不易控制，過量的碳坯體或者是殘存的游離態(tài)Si導(dǎo)致SiCp/Cu復(fù)合材料的熱導(dǎo)率低，不適宜作為電子封裝材料使用。
來源：新材料技術(shù)前沿
傳播最新最全的材料科學(xué)技術(shù)，包括金屬材料成形、熱加工、陶瓷冶金，機(jī)械加工、粉末冶金、表面處理技術(shù)、熱處理、3D打印技術(shù)等相關(guān)材料科學(xué)技術(shù)。提供各種材料科學(xué)的視頻課程、新技術(shù)、專家答疑。
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新材料技術(shù)前沿
展開 一種用于電子器件熱管理的柔性相變材料
來源 | Journal of Energy Chemistry
01
背景介紹
隨著電子設(shè)備小型化和集成化的蓬勃發(fā)展，用于高級(jí)計(jì)算的微處理器的功率密度急劇增加。電子設(shè)備產(chǎn)生的大量熱量積聚在設(shè)備內(nèi)部，例如集成電路。過熱引起的溫度升高會(huì)限制電子設(shè)備的工作適應(yīng)性，導(dǎo)致頻繁的故障甚至自燃。因此，開發(fā)提高散熱效率的熱管理材料具有重要的意義。
相變材料(Phase change materials, PCMs)作為一種高效的熱管理材料，可以通過固-液相變過程吸收和釋放熱量。然而，PCMs存在漏液、導(dǎo)熱系數(shù)低、剛性強(qiáng)等固有缺陷，嚴(yán)重制約了其進(jìn)一步的實(shí)際應(yīng)用。大多數(shù)PCMs都表現(xiàn)出脆性和易碎性。當(dāng)用作散熱器和加熱元件之間的熱界面材料(TIMs)時(shí)，這種現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生不可忽略的熱阻，從而對(duì)電子器件的熱管理效率產(chǎn)生不利影響。
柔性PCMs被認(rèn)為是與物體接觸且能夠承受某些變形(例如，彎曲，拉伸和壓縮)的材料。雖然目前的PCMs具有優(yōu)異的形狀穩(wěn)定性和柔韌性，但由于難以加入導(dǎo)熱填料，其導(dǎo)熱性仍然有限。因此，當(dāng)PCMs用作TIMs時(shí)，對(duì)靈活性和增強(qiáng)導(dǎo)熱性的要求仍然具有挑戰(zhàn)性。
02
成果掠影
近期，西南交通大學(xué)王勇和祁曉東團(tuán)隊(duì)針對(duì)開發(fā)用于電子器件熱管理的柔性導(dǎo)熱相變材料取得最新進(jìn)展。本文制備了聚二甲基硅氧烷/石蠟/氮化硼(PDMS/PW/BN)相變復(fù)合材料。首先通過刮削獲得BN沿平面(x-y方向)的排列，然后通過熱壓縮和滾切誘導(dǎo)BN沿平面(z方向)排列。因此，PW被交聯(lián)的PDMS/BN網(wǎng)絡(luò)包裹，從而形成與天然木材相似的年輪結(jié)構(gòu)。年輪結(jié)構(gòu)有效地避免了PW的液體泄漏，從而顯示出高達(dá)98%的高尺寸保留率。
展開 材料｜Picosun推出柔性有機(jī)電子顯示產(chǎn)品用新型涂層解決方案
CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，由于可折疊手機(jī)和其他未來電子產(chǎn)品的快速迭代需要更輕、更可靠并能夠折疊和拉伸的設(shè)備材料，有機(jī)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過程中對(duì)材料涂布或沉積方法的改進(jìn)有著急切地需求。考慮到這些需求，薄膜封裝溶液的使用在有機(jī)電子產(chǎn)品的制造中變得越來越普遍。
根據(jù)外媒Picosun官網(wǎng)報(bào)道，眾所周知，近些年可折疊手機(jī)慢慢以商用產(chǎn)品地形式進(jìn)入大眾視野，其中一些制造商已經(jīng)進(jìn)入了好幾代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期。與傳統(tǒng)封裝方法不同，薄膜封裝解決方案 (TFE，Thin Film Encapsulation) 在有機(jī)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造 (OEM) 中的使用變得越來越普遍，因?yàn)樗鼈兏p且能夠?qū)崿F(xiàn)電子設(shè)備的折疊和拉伸性能。這些商業(yè)需求為開發(fā)高質(zhì)量、可靠性和工藝集成度的TFE方案帶來了巨大的推動(dòng)力。
在薄膜封裝領(lǐng)域，無機(jī)薄膜一直以來最受歡迎，例如那些通常與原子層沉積 (ALD) 工藝相關(guān)的薄膜。由于它們可以為制造方案提供多種優(yōu)異特性，這些薄膜現(xiàn)在已經(jīng)成為眾多電子設(shè)備的重要組成部分。原子層沉積 (ALD) 技術(shù)已被證明是半導(dǎo)體行業(yè)眾多應(yīng)用的首選涂層解決方案。使用ALD設(shè)備沉積的致密的無機(jī)納米層可以增強(qiáng)產(chǎn)品對(duì)水汽的阻隔性能，而使用有機(jī)或混合分子層沉積 (MLD) 層又可以增強(qiáng)產(chǎn)品的柔性性能。
展開 郭傳飛、任志鋒《先進(jìn)功能材料》綜述: 柔性電子學(xué)—可拉伸電極及其未來
隨著可穿戴和可植入式電子設(shè)備的出現(xiàn)，以及對(duì)智能軟體機(jī)器人不斷增長(zhǎng)的需求，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界已將目光投向了研制開發(fā)同時(shí)具有優(yōu)異力學(xué)柔性和電學(xué)特性的功能電子材料，而可拉伸電極材料是基礎(chǔ)關(guān)鍵。
圖1 柔性電極、柔性電子設(shè)備和軟體機(jī)器人之間關(guān)系的示意圖
文章系統(tǒng)比較了不同電極材料的光電性能和力學(xué)性能，并對(duì)常用電極材料的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了評(píng)述。此外，文章還深入探討了材料的幾何形狀設(shè)計(jì)（圖2）、襯底選擇以及電極-襯底粘附力對(duì)電極拉伸性能的影響，揭示了設(shè)計(jì)制備可拉伸電極的一種通用策略，并闡釋了具有生物相容性的可拉伸電極在人體（圖3）和新型智能仿生電子產(chǎn)品（圖4和圖5）中的應(yīng)用。
圖2 可拉伸電極的幾何形狀與剪紙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖3 柔性電子器件在人體上的應(yīng)用
圖4 多功能電子皮膚的特性示例
圖5 柔性電極在電驅(qū)動(dòng)軟體驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用示例
文章最后指出，雖然柔性電子領(lǐng)域取得了很多令人鼓舞的進(jìn)展，但依然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。同時(shí)集成了物理、化學(xué)和電生理信號(hào)測(cè)試傳感功能的可穿戴綜合醫(yī)療健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以為人們提供一個(gè)更加全面的個(gè)人生理健康狀態(tài)圖像，是未來醫(yī)療健康領(lǐng)域發(fā)展的方向。此外，將具有不同功能的柔性電子元件（包括傳感、驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)傳輸和分析、能源，以及能量收集轉(zhuǎn)化系統(tǒng)等）集成于一體的智能柔性電子系統(tǒng)能夠?qū)?nèi)部和外部信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)感應(yīng)和動(dòng)態(tài)反饋，是智能制造領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向之一。隨著柔性電子和人工智能時(shí)代的到來，可拉伸電極和電子元件與生物體的有機(jī)集成，以及開發(fā)具有柔性幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)自主感應(yīng)反饋的全軟體機(jī)器人，將成為越來越重要的跨學(xué)科領(lǐng)域。
文獻(xiàn)鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.20180592
（Adv. Funct.
展開 馬里蘭大學(xué)王育煌SMALL：無損溶解超長(zhǎng)金屬性碳納米管，助力高性能柔性電子材料
3.2微米長(zhǎng)碳納米管在0% （e），50%（f），100%（g）以及回到0%（h）應(yīng)力后的SEM圖像
圖5 長(zhǎng)短兩種碳管可用于不同應(yīng)用
(a)柔性可穿戴設(shè)備示意圖
(b)隨著手指彎曲-伸展運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)碳納米管和短碳納米管薄膜的電流變化
長(zhǎng)碳納米管薄膜導(dǎo)電性不受手指運(yùn)動(dòng)的影響，因此可以提供穩(wěn)定電流輸出(c,e)；短碳納米管薄膜則表現(xiàn)出明顯電流表化，因此可以應(yīng)用于應(yīng)力傳感器(d,f)。
【小結(jié)】
此研究制備的超長(zhǎng)金屬性碳納米管水溶液，可應(yīng)用于柔性透明電子材料中。由于碳納米管長(zhǎng)度的增加，其所制備薄膜的宏觀導(dǎo)電性以及可拉伸穩(wěn)定性均有顯著提高，從而可以提升柔性電子材料性能與壽命。本工作不僅為展示了一種溶解超長(zhǎng)碳納米管的方法，改變了依賴于超聲溶解納米碳材料的歷史，同時(shí)為今后的柔性電子設(shè)備的材料選擇提供了清晰的思路。
論文連接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/smll.201802625。
展開 清華大學(xué)張瑩瑩AM: 一篇綜述帶你領(lǐng)略柔性可穿戴電子器件中碳材料的風(fēng)采
主要圍繞納米碳材料和絲蛋白材料的制備科學(xué)、物理與化學(xué)性能開展研究，重點(diǎn)發(fā)展面向柔性可穿戴系統(tǒng)的新型電子材料與器件。
上海交大《ACS AMI》：通過3D打印制備大尺寸蘑菇狀柔性超疏水仿生微結(jié)構(gòu)
近日，上海交大機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院胡松濤副教授課題組設(shè)計(jì)并制備了具備機(jī)械強(qiáng)度的柔性超疏水仿生微結(jié)構(gòu)，兼具抗液性與耐磨性，相關(guān)研究成果在機(jī)械裝備抗液防冰等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。該成果以“Biomimetic Water-Repelling Surfaces with Robustly Flexible Structures”為題發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces期刊。
現(xiàn)有的面向低溫沖擊液滴的超疏水界面工作遵循剛性和柔性兩類設(shè)計(jì)原則，可有效縮短固液接觸時(shí)間，但受限于苛刻的固液沖擊定位要求。研究團(tuán)隊(duì)在之前工作中，借鑒跳蟲胸殼的蘑菇狀仿生結(jié)構(gòu)來抵抗沖擊液滴，但將底部立柱狀剛性支撐替換為彈簧狀柔性支撐來調(diào)整結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)性能，形成了“類皮膚-肌肉”柔性超疏水界面微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想。該結(jié)構(gòu)被證實(shí)可消除界面潤(rùn)濕性能對(duì)液滴沖擊定位的依賴，但受限于弱機(jī)械強(qiáng)度。因此，研究團(tuán)隊(duì)改進(jìn)了柔性微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，形成了由剛性平板和柔性彈簧組所構(gòu)成的大尺寸蘑菇狀超疏水仿生微結(jié)構(gòu)。研究團(tuán)隊(duì)采用面投影微立體光刻3D打印技術(shù)（nanoArch S140，摩方精密）高效、精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)了上述界面設(shè)計(jì)的樣機(jī)制備。
△界面設(shè)計(jì)與制備（蘑菇平板陣列，寬度2800μm，厚度100μm，間隔200μm；彈簧支柱：自由高度2000μm，中徑500μm，線徑90μm，線圈數(shù)8個(gè)）
柔性蘑菇狀超疏水仿生界面結(jié)構(gòu)被證明可承受常規(guī)的法向擠壓和水平剪切行為；在實(shí)際摩擦行為中，較剛性結(jié)構(gòu)有更好的耐磨性。
△界面機(jī)械強(qiáng)度
柔性蘑菇狀超疏水仿生界面結(jié)構(gòu)被證實(shí)可以通過觸發(fā)結(jié)構(gòu)振動(dòng)來縮短固液接觸時(shí)間。
展開 
噴墨打印碳量子點(diǎn)/氧化石墨烯混合墨水制備紙基全固態(tài)柔性超級(jí)電容器
可穿戴電子器件要求使用的材料重量盡量輕。目前常用的能量存儲(chǔ)器件主要使用的是密度較大的無機(jī)化合物。為了減少器件的質(zhì)量，利用以聚合物和碳納米管為代表的紙基電子器件引起了極大的關(guān)注。與其他柔性基底材料如塑料相比, 紙基柔性超級(jí)電容器具有印刷工藝簡(jiǎn)單、制造價(jià)格低廉以及基底和活性材料之間具有更好的粘合力等優(yōu)勢(shì)。
最近，中國(guó)科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院朱彥武教授課題組在Science China Materials上發(fā)表文章，通過噴墨打印碳量子點(diǎn)(CQDs)和氧化石墨烯(GO)組成的混合墨水、采用PVA/H2SO4為凝膠電解質(zhì)制備了固態(tài)柔性超級(jí)電容器，并對(duì)其性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
圖1 碳量子點(diǎn)/氧化石墨烯混合墨水制備紙基全固態(tài)柔性超級(jí)電容器的性能
本工作通過打印100次混合墨水獲得的超級(jí)電容器在100 mV s?1的掃描速率下顯示出~1.0 mF cm?2的比電容, 相比于純GO墨水制備的超級(jí)電容器其比電容增加了150%。
通過進(jìn)一步優(yōu)化, 基于超級(jí)電容器整個(gè)裝置(包括紙基、凝膠電解質(zhì)和活性材料)在0.28 mW cm?3的功率密度下表現(xiàn)出0.078 mW h cm?3的能量密度。 此外， GO薄片具有出色的機(jī)械強(qiáng)度， 確保超級(jí)電容器具有良好的柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度， 在彎曲半徑為7.6 mm的條件下彎曲1000次后， 仍保留98%的電容。
這種基于碳基墨水和紙張基材的噴墨打印的技術(shù)為低成本、 輕便、 靈活/可穿戴式儲(chǔ)能裝置的大規(guī)模制備提供了可能。
展開 北京化工大學(xué)耿建新教授團(tuán)隊(duì)《ACS Nano》：冰模板法制備二維共軛聚合物薄膜及厚度無影響的柔性超級(jí)電容性能
二維材料具有獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)，包括高縱橫比、超大的比表面積、突出的離子傳輸特性以及大量暴露的活性位點(diǎn)等，這使二維材料受到了廣泛的研究與關(guān)注。此外，與二維無機(jī)材料相比，二維有機(jī)材料還表現(xiàn)出了包括通用且模塊化的合成方法、簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)可調(diào)性以及高機(jī)械柔韌性等特點(diǎn)。當(dāng)前二維有機(jī)材料的制備方法主要包括自上而下的機(jī)械剝離法或化學(xué)剝離法、固體催化基底上的聚合、相界面上的聚合以及嵌段分子的自組裝等。盡管針對(duì)二維有機(jī)材料的制備方法已做了大量研究，然而二維有機(jī)材料的制備仍面臨合成復(fù)雜、拓?fù)溥x擇性狹窄和產(chǎn)率低的挑戰(zhàn)，這很大程度上限制了二維有機(jī)材料的廣泛應(yīng)用。
針對(duì)二維有機(jī)材料的快速、高效制備，北京化工大學(xué)耿建新教授團(tuán)隊(duì)利用冰晶作為聚合物片層生長(zhǎng)的模板，以商用聚合物（PEDOT:PSS）分散液為原料大規(guī)模制備了二維有機(jī)片層，相關(guān)研究成果在ACS Nano上發(fā)表（2021, DOI: 10.1021/acsnano.1c01459）。首先采用X射線小角散射和X射線衍射解釋了二維PEDOT:PSS片層形成的機(jī)理及片層內(nèi)部的分子去向結(jié)構(gòu)，在進(jìn)一步表征二維片層形貌的基礎(chǔ)上，研究了二維片層在超級(jí)電容器中的應(yīng)用。
不同溫度的原位小角X射線散射研究表明，在冷凍過程中纏繞的PEDOT:PSS顆粒瓦解，分子鏈解纏繞并被擠壓到冰晶“邊界”最終形成片層。
圖1. (a)二維PEDOT:PSS片層氣凝膠的制備過程示意圖及SEM。(b)不同溫度下收集的PEDOT:PSS分散液的原位二維小角X射線散射(2D SAXS)圖樣。
展開 材料“金手指”，金屬材料高通量制備技術(shù)及案例分享
金屬材料高通量制備技術(shù)介紹
材料高通量制備技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)制備大量不同成分的新型材料，可以加速新型材料的研發(fā)與應(yīng)用，被列為材料基因組技術(shù)的三大技術(shù)要素之一。其中金屬材料的高通量制備有多種制備方法，但傳統(tǒng)的金屬材料高通量制備方法制備周期長(zhǎng)，制備樣品尺寸較小，能源消耗較高。
隨著增材制造技術(shù)的不斷發(fā)展，采用增材制造技術(shù)開展金屬材料的高通量制備也得到了迅速的發(fā)展，且增材制造高通量制備相較于傳統(tǒng)高通量制備技術(shù)呈現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)：
1. 可以快速成型多種材料試樣；
2. 可以制備毫米級(jí)以上的塊狀樣品；
3. 研究過程中原材料消耗較少，更經(jīng)濟(jì)。
圖1 金屬材料高通量制備方法總覽
安世亞太科技股份有限公司攜手鋼鐵研究總院，基于激光選區(qū)熔化技術(shù)開發(fā)了具有國(guó)際領(lǐng)先水平的DLM-120HT金屬材料高通量增材制備設(shè)備。
圖2 DLM-120HT金屬材料高通量制備平臺(tái)
DLM-120HT是基于異質(zhì)粉末3D打印的新金屬材料開發(fā)高通量制備平臺(tái)。直接利用元素粉末或合金粉末進(jìn)行激光選區(qū)熔化成型，一次打印過程可實(shí)現(xiàn)4種粉末、160種材料成分配比的力學(xué)性能樣件制備，適用于鋼鐵材料、鋁合金、鈦合金、 鎳基高溫合金、高熵合金等金屬新材料的成分篩選、性能研究以及梯度材料的研究。
圖3 DLM-120HT金屬材料高通量制備平臺(tái)技術(shù)路線
在最近結(jié)束的2021第四屆增材制造全球創(chuàng)新應(yīng)用大賽中，DLM-120HT高通量增材制備平臺(tái)獲得了特別貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。
展開 陳義旺/胡笑添課題組：非潤(rùn)濕導(dǎo)電高分子陽極界面層制備高性能柔性鈣鈦礦太陽電池
南昌大學(xué)/江西師范大學(xué)陳義旺教授課題組提出了采用一種非潤(rùn)濕的油溶性PEDOT（Oil-PEDOT）做為空穴傳輸層制得高性能的柔性鈣鈦礦太陽電池。研究發(fā)現(xiàn)，Oil-PEDOT有著很好的結(jié)晶性和可印刷性，在非摻雜的狀態(tài)下有良好的導(dǎo)電性和電荷傳輸性能，在調(diào)控了大面積柔性鈣鈦礦的結(jié)晶質(zhì)量后，器件的機(jī)械穩(wěn)定性得到很大提升。
鈣鈦礦由于其優(yōu)異的光電性能和結(jié)晶性在光伏器件中得到了廣泛應(yīng)用。過去十年里，在研究人員的不懈努力下，鈣鈦礦太陽電池得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，最高認(rèn)證效率（NREL）已經(jīng)超過了25%。然而，大面積柔性鈣鈦礦薄膜結(jié)晶質(zhì)量不佳和高成本的物料依然是限制鈣鈦礦太陽電池朝商業(yè)化進(jìn)軍的重要因素。最近陳義旺教授課題組合成了一種非潤(rùn)濕的油溶性PEDOT（Oil-PEDOT）并將其作為陽極界面層應(yīng)用在柔性鈣鈦礦器件當(dāng)中。
作者首先對(duì)合成的Oil-PEDOT進(jìn)行了初步的光學(xué)和電學(xué)表征，相比于參考樣品（PEDOT:PSS），其性能有一定改善，如圖1所示。進(jìn)一步研究后發(fā)現(xiàn)Oil-PEDOT中PEDOT組分含量要遠(yuǎn)高于PEDOT:PSS，同時(shí)在相應(yīng)的薄膜上也觀察到Oil-PEDOT的結(jié)晶性要強(qiáng)于PEDOT:PSS，具有島狀結(jié)晶的Oil-PEDOT更利于電荷傳輸同時(shí)也改善了上層鈣鈦礦的結(jié)晶生長(zhǎng)質(zhì)量。此外，在光學(xué)顯微鏡下觀察到Oil-PEDOT不存在很明顯的液邊擴(kuò)張現(xiàn)象，從而可以印證其相比于參考墨水（PEDOT:PSS）來說具有更優(yōu)的可印刷性，如圖2所示。
圖1 合成工藝及光學(xué)性能圖。
圖2 材料的性能和形貌表征。
作者進(jìn)一步在優(yōu)化后的陽極界面層上沉積鈣鈦礦，發(fā)現(xiàn)其上層鈣鈦礦的晶體質(zhì)量得到明顯改善，這與Oil-PEDOT上鈣鈦礦成核和結(jié)晶時(shí)間的降低有關(guān)。
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