【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系副教授于嚴(yán)淏與合作者在柔性電子封裝研究中取得進(jìn)展，相關(guān)成果以“Hermetic Stretchable Seals Enabled by a Viscoplastic Surface Effect”為題發(fā)表在Nature Materials期刊。
 

　　封裝是柔性電子系統(tǒng)長效服役的關(guān)鍵。傳統(tǒng)彈性封裝材料因表面高彈態(tài)和分子鏈間的本征空隙，導(dǎo)致界面滲漏和本體透過雙重失效機(jī)制。研究團(tuán)隊(duì)通過在苯乙烯類嵌段共聚物中引入極性接枝聚合物，調(diào)控相分離過程，首次實(shí)現(xiàn)材料表面從高彈態(tài)向黏塑態(tài)的可控轉(zhuǎn)變，使封裝薄膜能與多種電子材料形成保形強(qiáng)韌黏附，解決界面滲漏問題。該封裝薄膜具備卓越的集成兼容性，可與液態(tài)金屬、甘油、分子篩等多種動態(tài)阻隔層和吸濕層實(shí)現(xiàn)無缺陷集成，有效克服了傳統(tǒng)堆疊結(jié)構(gòu)在形變下因缺陷導(dǎo)致的阻隔失效問題。這項(xiàng)突破性技術(shù)顯著提升了鈣鈦礦光電器件、水凝膠熱電器件和植入式生物電子器件的服役壽命，為柔性電子器件提供了普適性的封裝解決方案。
 

圖1.高分子彈性體的黏塑表面效應(yīng)
 

　　研究團(tuán)隊(duì)在苯乙烯-異丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIBS)彈性體中引入馬來酸酐接枝聚丙烯(MAPP)，并精確調(diào)控其相分離過程，在彈性體近表面區(qū)域構(gòu)建了梯度分布的極性微區(qū)，成功制備出表面呈黏塑態(tài)而體相保持高彈態(tài)的SIBS薄膜，將其命名為SVS。
 

圖2.界面黏附與側(cè)向防水汽滲漏性能
 

　　獨(dú)特的表面黏塑效應(yīng)賦予彈性體在分子尺度上的保形粘附能力，SVS薄膜能夠不受尺寸、化學(xué)特性與幾何形態(tài)的限制，與包括彈性體、塑料、金屬及其自身在內(nèi)的多種材料形成致密、強(qiáng)韌且具備拉伸適應(yīng)性的粘附界面。這種高度共形的粘附特性與其固有的低水汽透過率特性，使SVS的防側(cè)向滲漏性能顯著高于一般商用產(chǎn)品。
 

圖3.本體水氧阻隔性能評估
 

　　研究團(tuán)隊(duì)基于SVS表面黏塑性，通過組裝分子篩固體吸附層與甘油/依克多因高粘度液體吸收層，開發(fā)出兼具高拉伸性與低水汽透過率的“Scavenging SVS”復(fù)合材料。Scavenging SVS的穩(wěn)態(tài)水汽透過率低于設(shè)備檢測極限(~10?5 g·m?²·day?¹)，達(dá)到目前所有大拉伸封裝材料中的最低值。同時，在385天大氣環(huán)境、30天水浸及5萬次100%拉伸循環(huán)后仍能保持性能穩(wěn)定，展現(xiàn)出卓越的性能穩(wěn)定性。
 

圖4.多種光電器件的封裝解決方案
 

　　SVS及其復(fù)合薄膜在多種器件中展現(xiàn)出卓越的密封保護(hù)性能。經(jīng)其封裝后，鈣鈦礦量子點(diǎn)在水下浸泡180天后，其光致發(fā)光性能穩(wěn)定；離子熱電水凝膠工作壽命延長30天以上，遠(yuǎn)超常規(guī)保護(hù)水平；植入式電子器件在體內(nèi)連續(xù)工作30天后信號仍輸出穩(wěn)定，滿足長期穩(wěn)定與生物安全的雙重需求；錫鉛鈣鈦礦太陽能電池在水中浸泡188小時后，其效率仍穩(wěn)定在18.4%。該技術(shù)驗(yàn)證了SVS及其復(fù)合薄膜在嚴(yán)苛環(huán)境下優(yōu)異的跨領(lǐng)域適用性，為高性能器件的可靠封裝提供了通用解決方案。
 

　　南方科技大學(xué)為論文第一單位，于嚴(yán)淏課題組高級研究學(xué)者夏銳、博士生李春、訪問學(xué)者邵艷為論文共同第一作者，于嚴(yán)淏為唯一通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、深圳市科創(chuàng)局等經(jīng)費(fèi)支持。