《Angew. Chem.》：活性超疏水材料用作三维电子器件内竖直电极中间层的新思路

来源：高分子科学前沿

相较于二维平面集成电路，三维电子器件由于具有更高的理论电子元器件集成密度、更灵活的电路设计以及更低的器件能耗等特点，成为消费级电子设备、植入式医用电子器械等研究领域的前沿热点。

然而，在三维电子器件的常规制备与加工过程中，竖直电极与层间接触位点处易出现粘接不紧、错位等现象，不仅影响层间电路的连接性，同时也限制了器件的竖直电路集成度。此外，由于电路基底多采用硅基或金属类基板，灰尘、高湿度、酸碱性腐蚀液等环境因素会造成电路与基板的腐蚀，降低器件的运行性能与使用寿命；而致密封装材料的使用阻碍了电子器件内外气体的交互，限制电子器件应用场景的同时，还易造成腐蚀性气体在电路表层的滞留。

近日，四川大学冯文骞研究员团队用丙烯酸五氟苯酯作为疏水活性单体，通过光引发的相分离聚合方法在多种基底（如ITO导电玻璃或柔性PET等）表面一步制备具有胺取代活性的多孔超疏水聚合物涂层，并成功利用数字光处理（DLP）光源对超疏水材料表面进行无掩膜光刻，制备出区域表面能各异的活性超疏水材料，最终实现了多孔聚合物表面程序化的胺取代功能修饰，并在该活性多孔超疏水网络骨架中引导中间层内导通电路的原位生成，为三维柔性电子器件中竖直电极的制备与集成提供了一种崭新的设计思路。相关工作以“Reactive Superhydrophobic Surfaces for Interlayer Electrical Connectivity in Three-dimensional Electronics”为题发表在《Angewandte Chemie International Edition》期刊上,论文的第一作者为四川大学硕士研究生谢昕剑，通讯作者为四川大学冯文骞研究员。

图1. 胺取代活性超疏水材料制备、图案化以及三维电子器件制备与特性示意图

图2. 具有氨基活性超疏水涂层的一步法制备，以及表面功能分子的图案化修饰

该涂层不仅便于具有氨基官能团的功能（生物）分子在表面的固定，还能引导PEDOT：PSS导电水性分散液进行贯穿膜材的图案化浸润，在多孔聚合物骨架内原位生成竖直电极。不仅突破了三维电子器件中竖直电极在集成度与分辨率方面的限制，原位光刻工艺的引入也解决了层间电路精准连接的难题。活性超疏水作中间层同时也赋予该柔性三维电子器件优良的基底兼容性、透气性以及抗污自清洁等特性。

图3. 活性超疏水涂层用作竖直电极中间层实现三维电子器件的逻辑功能性

图4. 具有透气性与抗污性的三维柔性电子

冯文骞研究员于2020年加入四川大学高分子科学与工程学院材料系，致力于固-液、液-液界面的研究以及功能器件的设计与应用。课题组常年招收具有高分子、材料、化学、物理、微电子、化工背景的硕士、博士及博士后，欢迎邮件联系交流。联系邮箱：feng.wenqian@scu.edu.cn。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202302837