柔性高分子半導體: 力學性能和設計策略
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上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。
摘要：近年來，高分子半導體在有機發光、有機光伏和有機場效應晶體管等領域扮演著愈發重要的角色。某些高分子材料特別是高分子彈性體，具有優異的可拉伸、可彎曲等力學特性，因而高分子半導體在柔性電子領域具有廣闊的應用前景。力學性能是評價高分子半導體柔性行為的基本依據，相關研究中對力學特性的表征方法包括拉伸法、正弦屈曲技術、納米壓痕技術和原子力顯微鏡納米力學圖譜等。而在柔性高分子半導體材料的構建方面，也涌現出許多可供參考的思路，歸納起來主要有超分子功能化、主鏈柔性化、摻雜等設計策略，其中多重非共價弱作用策略是柔性高分子半導體的普適性設計方法，值得深入探索和研究。本綜述旨在總結柔性高分子半導體的力學特性和設計策略，以期為相關研究提供參考和借鑒。
關鍵詞：柔性電子 柔性高分子半導體 材料本征力學 設計策略 光電子器件
柔性光電子技術主要是指器件在柔性基板上構建?集成具有光電磁功能的一門交叉信息科學技術?柔性光電器件具有可變形?便攜式?質量輕?可穿戴等特性，其本身的柔性超薄特征將使未來的信息技術設備產生的突破( 圖 1) [1-6]?與傳統的硅基半導體技術不同，柔性電子技術是發端于碳基的有機半導體技術，在低成本?大面積制備以及電子設備的柔性化?超薄等方面具有顯著優勢，具有支撐信息科學戰略性支柱產業變革的潛力[4-12]?目前，可用于穿戴電子?電子皮膚以及生物智能等領域的柔性塑料光電子器件，由于其可實現光?電?磁等信息信號的相互轉化?互聯互通，逐漸成為學術界和工業界研究的重點和熱點[7-10]，而新型柔性光電功能材料的開發作為柔性電子技術的核心內容，對于柔性信息顯示?大面積照明?可穿戴感知設備等光電子器件的發展至關重要( 圖 1) [7，9，6-13]?與有機蒸鍍型小分子材料相比，高分子半導體材料由于其可通過溶液加工的方式大規模構筑超薄活性層，可通過化學修飾的方法豐富其功能以及本身良好的力學特性，在未來柔性光電子技術領域具有巨大的應用潛力[14-17]?眾所周知，目前光電高分子材料是基于稠環芳烴通過共價鍵或非共價鍵方式連接起來具有特定光電行為的一類功能高分子材料，被譽為第四代高分子材料?傳統高分子材料主鏈主要是以單鍵的形式連接( 如 C-C?C-O?Si-O 等) ，因此主鏈上相鄰的原子并不能形成有效的電子云重疊，無法為載流子提供有效的傳輸通道，而以共軛骨架為組成的分子主鏈在鏈內可以通過相鄰稠環單元間 π-電子軌道相互交迭?雜化，為載流子提供有效的傳輸通道，呈現豐富的光電磁特性( 圖 2) ?此外，分子鏈間的電子云雜化同樣可以誘導分子間的載流子( 電子) 通過跳躍機制發生遷移，從而使光電高分子材料在宏觀薄膜狀態下呈現豐富多樣的光電磁行為( 圖 2) ?光電高分子按照組分和導電機制可以分為本征型和摻雜型兩大類?本征型光電高分子材料主要是指材料分子本身具有優異的光電特性，分子鏈內為載流子的傳輸提供定向離域的傳輸通道，而分子鏈間通過電子耦合雜化為載流子躍遷提供可能，從而使材料本征呈現光電磁行為，可用于各類光電子器件?而摻雜型光電高分子材料主要是指載體高分子不導電或導電性較弱，通過摻雜引入可導電的分子或者其他高導電的納米材料實現導電行為和發光行為的材料體系?高分子材料通常是由一系列特殊鏈式結構的大分子組合而成，本身長鏈的分子在固態下呈現復雜多變的構象行為和凝聚態結構?在外力瞬間作用下，聚合物呈現明顯的滯后?應力松弛等粘彈性行為[19，21]?在應力作用起始狀態下，材料應變隨著外界應力的拉伸逐漸增加，在 A 點之前材料的應變與應力成正比，因此 A 點也被稱為比例極限點( 圖 3) ；當應力超過比例極限點后，應變隨著應力的增加而增加，但不再保持線性關系，二者比值逐漸變小；當達到 Y 值時，比值為 0，因此 Y 點也被稱為屈服點?此后，應力保持不變的情況，應變繼續增加，直到薄膜斷裂，其中斷裂時的應力和應變分別稱為斷裂強度和斷裂伸長率?需要注意的是，高分子材料的應力應變過程存在明顯的分子聚 集 狀 態 結 構 依 賴性[22-24]?對于結晶或者取向態聚集結構，隨著外界作用應力的增加，取向片晶通常沿著外力作用方向產生微纖維束的轉變過程?而對于無序聚集結構，更傾向于分子鏈間產生相對滑移而屈服，在應力作用下容易形成銀紋或者形成具有微區取向的分子鏈聚集狀態[4，5，19]?相比于傳統高分子材料，光電高分子材料中強 π-π 堆積作用通常會產生微晶結構，造成材料在應力作用下發生不可逆的分子滑移，導致材料旋涂薄膜在外力拉伸作用下易產生裂痕甚至發生斷裂，從而降低材料的可拉伸特性?因此，如何有效設計本征型柔性高分子半導體材料，成為柔性電子研究領域的關鍵課題和難點[25]?
自 1977 年發現共軛高分子以來，高分子半導體在發光二極管 ( LED) [26-28]?光伏 電 池 ( PV) [29-31]?場效應晶體管( FET) [32-33]?存儲器[34]以及化學和生物傳感[35-36]等領域蓬勃發展?在這些領域中，材料設計?光電性質和器件制備是研究者主要關注的方向，而隨著材料和器件的性能逐漸趨于理論極限，器件的柔性和可穿戴性逐漸成為研究重點?可以預見，本征柔性高分子半導體材料在未來具有巨大的應用潛力?因此，設計柔性材料?量化“柔性”參數并且*終制備柔性器件是目前應當關注的問題[37]?在過去的幾年中，已經有一些報道開始研究柔性器件的設計制備以及相關薄膜的力學性能測試，例如直接拉伸法[38]?水上膜 ( Film-on-water，FOW) [39-42]和彈性體上膜( Film-on-elastomer，FOE) [42]拉伸測試?正弦屈曲技術( Buckling technique) [43-44]?納米壓痕技術( Nano-indentation) [45-46] 以及原子力顯微鏡納米力學圖譜( AFM nanomechanical mapping) [47-48]等?
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上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。
采用德國薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴格工藝標準的閉環式流程技術制備體系，能夠制備各種超高性能光學薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應用領域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫用激光器、光學科研，紅外制導、面部識別、VR/AR應用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框，工業燈具照明，廣告機，點餐機，電子白板，安防監控等。
卷柔新技術擁有自主知識產權的全自動生產線【sol-gel溶膠凝膠法鍍膜線】，這條生產線能夠生產全球先進的減反射玻璃。鍍膜版面可達到2440*3660mm，玻璃厚度從0.3mm到12mm都可以,另外針對PC,PMMA方面的增透膜也具有量產生產能力。ARcoating減反膜基本接近無色,色彩還原性好，并且可以避免了磁控濺射的缺點，鍍完增透膜后玻璃可以做熱彎處理和鋼化處理以及DIP打印處理。這個難度和具有很好的應用性，新意突出，實用性突出，濕法鍍膜在價格方面也均優于真空磁控的干法。
卷柔減反射(AR)玻璃的特點:高透,膜層無色,膜硬度高,抗老化性強(耐候性強于玻璃),玻璃長期使用存放不發霉,且有一定的自潔效果.AR增透減反膜玻璃產品廣泛應用于**文博展示、低反射幕墻、廣告機玻璃、節能燈具蓋板玻璃、液晶顯示器保護玻璃等多行業。
我們的愿景：卷柔讓光學更具價值！
我們的使命：有光的地方就有卷柔新技術！
我們的目標：以高質量的產品，優惠的價格,貼心的服務，為客戶提供優良的解決方案。
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