顶刊动态 | Natue子刊/EES/ACS Nano等电子材料学术进展汇总【160615期】

本期导读：

今天电子电工材料周报组邀您一起来看看Advanced Functional Materials/ACS Nano/Chemical Reviews /Nature Communications/EES期刊电子材料领域最新的研究进展。本期内容预览：将丁基橡胶用于柔性可伸缩器件；新型自旋热电材料—反铁磁性IrMn；纳米结构的半导体可提高液晶偏振放射性；用于透明导电氧化物界面工程的膦酸；薄膜氧化物异质结中氧空位掺杂的界面控制及导电性；塑料-纸基板，助力高性能光电器件；韩国先进科技学院提出可用于柔性石墨烯发光二极管的基于协同作用的电极结构；新加坡国立大学通过缺陷设计在单层CH3NH3PbI3/MoS2界面实现超快的空穴传输。

1、Advanced Functional Materials：将丁基橡胶用于柔性可伸缩器件

丁基橡胶的制备与表征

柔性可伸缩的电子器件的发展一般主要依赖于一种材料，即聚二甲硅氧烷，用其作为弹性基体。这种材料具备很多优异性能，但是因其高透气性，在需使用对氧气和水蒸气敏感的材料，如有机半导体和可氧化金属时，对电子设备却是有害的。因为无法阻止因环境影响而导致的材料分解，因此需要寻找具备气密性能的新型弹性体，以提高柔性器件的使用寿命。

目前，来自温莎大学的研究者们选择具低透气性的材料—丁基橡胶来作为气密层以维持气压，用于柔性器件中。这种材料光滑，光透明且低透气性，可替代聚二甲硅氧烷作为气密材料，防止敏感的电子材料环境老化及有机设备失效。丁基橡胶的使用也将替代具二甲基硅氧烷成为新一代的柔性可伸缩电子器件。

文献链接：Reinventing Butyl Rubber for Stretchable Electronics（Advanced Functional Materials，2016，DOI: 10.1002/adfm.201601283）

2、Advanced Functional Materials：新型自旋热电材料—反铁磁性IrMn

自旋赛贝克效应纵向图示及不同材料自旋热电电压比较

通过自旋电流产生电压，在不同磁性系统中产生的热电效应在能量收集方面具有潜在的应用前景。但是为提高其实际用途，热电材料的发电能力还有待完善。提高热电效应的方法目前有报道的是通过自旋赛贝克效应、各向异性赛贝克效应、电解质赛贝克效应和光电赛贝克效应。

目前，来自韩国科学技术院及其他院校的研究者选择自旋赛贝克效应来提高热电性，利用反铁磁性的(AFM) IrMn作为电极材料。AFM IrMn不仅因其具有较大的反自旋霍尔效应(ISHE)，因而可实现热能和自旋电流转换，再转换为可测量的电压，而且可通过交换耦合可很容易的来调节材料的磁性结构。

文献链接：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：纳米结构的半导体可提高液晶偏振放射性

以各向异性的纳米晶为背光源的液晶显示屏图示

传统的液晶显示技术是利用滤色镜将白光形成彩色像素，但这会导致大量的能量损失，且需要散热装置。近年来，量子点开始应用于显示技术中，这可大大提高颜色亮度及饱和度。这些性质则主要通过调节尺寸、形状和成分获得的具直接带隙半导体的纳米晶体来实现。

目前，来自美国和巴西的研究团队通过在适当的聚合物薄膜中分散不同的纳米晶放射体，并通过机械拉伸诱导有序排列实现高质量的液晶宏观偏振放射区。并对这种由聚合物复合薄膜组成的半导体的偏振性进行研究，这种复合薄膜则是由CdSe/CdS纳米棒和胶状CdS纳米片组成。各向异性的纳米晶分布在聚合物基底中，可通过拉伸实现单向一致排列。同时还比较了纳米棒和纳米片的偏振性。并证实各向异性的纳米结构可显著提高液晶显示的背光源性能。

文献链接：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：用于透明导电氧化物界面工程的膦酸

透明导电氧化物（TCOs），如铟锡氧化物和氧化锌，作为有机半导体器件的电极材料起着十分重要的作用。而无机–有机界面的性质，如TCO费米能级和相关传输能级之间的抵消以及有机半导体润湿氧化表面的程度、半导体器件的表面形貌等等都可以显著影响器件的性能。

有机膦酸（PAs）已经越来越多地被用来调整上述的界面性质，本文主要综述了PAs对TCO改性的文献。本文的第一部分概述了TCO表面改性与有机电子的相关性，PAs的合成方法，探讨了它们与TCO表面的结合模式，并将PAs与可替代的有机表面改性剂进行了比较。第二节讨论了PA单层沉积方法，单层形成的动力学，以及TCOs上分子取向的结构证据。第三节讨论了使用PAs后TCO工作函数的修正，PAs 对TCO表面能的调整等等。最后，对PA改性TCOs在有机发光二极管、有机太阳能电池上的应用进行了比较。

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

5、Nature Communications：薄膜氧化物异质结中氧空位掺杂的界面控制及导电性

 样品示意图

由于薄膜氧化物异质结一系列显著的特性，使人们对于在它们的合成和表征产生了强烈的兴趣。而对异质结性能影响最大的莫过于氧化物薄膜异质结的界面以及表面附近的氧空位，例如，与金属-绝缘体转变或电阻转变相关的巨大电阻变化就归因于薄膜异质结氧空位浓度的增加，非磁性材料的薄膜异质结的磁性也主要由于氧空位和氧化物异质结的界面附近的氧空位的存在等等。

Boyd W. Veal等人发现了可逆控制氧化物异质结中氧空位浓度和分布的一种方法。他们在离子导电的氧化钇稳定氧化锆衬底上生长出导电的In2O3薄膜，然后通过在界面上施加定向的电场使氧离子重新分布在异质结界面，从而可以控制氧空位掺杂薄膜，并且有可能使薄膜的导电性提高几个数量级。这种可逆的改性行为依赖于界面性能，并且不需要阳离子掺杂或气体环境的变化就可以实现。

文献链接：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-纸基板，助力高性能光电器件

塑料和纸结合的示意图

光电子器件以基板为基础。为了提高光进入和射出光电器件的效率，如薄膜太阳能电池和灵活照明，具有高透光率和高雾度的基板是最理想的。不幸的是，光学透过率和光学雾度在同一个基板中通常是彼此对立的：塑料具有高透明性，但雾度很低，而纸张具有高的光学雾度，但透射率很低。

Yonggang Yao等人通过模板浸润法将这两种材料结合在一起，获得了一种塑料-纸新型基板，在宽带波长下其具有很高的光学透过率（＞85%）和高雾度（> 90%）。这种塑料-纸基板具有超平的表面以及机械柔性，在不同溶剂都具有耐用性，并且与制备半导体的标准工艺兼容，还可以提高OLED（有机发光二极管）和GaAs太阳能电池的效率。由于其低成本，高透明性和高雾度，这种基板可以应用于一系列的光电器件。

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

7、Nature Communications：韩国先进科技学院提出可用于柔性石墨烯发光二极管的基于协同作用的电极结构


OLED器件结构示意图

由于石墨烯有机发光二极管在柔性光源中光明的应用前景，因而它成为下一代显示和照明的关键。然而，石墨烯有机发光二极管的效率，在最好的情况下，也仅能达到传统的铟锡氧化物有机发光二极管的水平。

韩国先进科技学院的研究人员提出一种基于高指数二氧化钛层和低指数空穴注入层夹层石墨烯电极的协同相互作用的理想电极结构。该电极结构不仅能使空腔共振的增强得以最大化，表面等离子体激元的极化损失有所缓和；还能使有机发光二极管表现出超高的外量子效率，单介面和多介面器件的外量子效率分别可达40.8%和62.1%。用这种电极在塑料上制备的有机发光二极管的反复可弯曲半径为2.3毫米，导致这种现象的部分原因是二氧化钛层经过裂纹偏转增韧后可承受高达4%的弯拉应变。

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

8、ACS Nano：新加坡国立大学通过缺陷设计在单层CH3NH3PbI3/MoS2界面实现超快的空穴传输

光伏器件的性能主要取决于給体和受体界面处吸收层和电子传输层的光俘获能力。厚度仅为原子级的二维过渡金属硫化物(2D TMDCs)表现出很强的光−物质相互作用，大光电导率和高电子迁移率，因此成为可用于下一代超薄太阳能电池和光电器件的最有前景的材料。然而，这种厚度仅为原子级的超薄层的固有缺陷就是吸收光程短，限制了其实际应用。包含二维过渡金属硫化物（MoS2）的异质结几何构型和电子-空穴扩散距离较长的强吸收材料，如铅卤化物(CH3NH3PbI3)钙钛矿，有可能在一定程度上克服这一限制，假设其能带偏移不会阻碍异质结界面的电子传输。

新加坡国立大学的研究人员发现通过一种温和的等离子体处理方法在MoS2中产生硫空穴可以克服CH3NH3PbI3/MoS2界面处固有的能带偏移；随着光致激发，在320 fs内83%的空穴从CH3NH3PbI3高速转移到MoS2。最重要的是，新加坡国立大学的这项研究突出强调了将2D TMDCs作为电子提取层用于钙钛矿光电器件中的可行性。

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

本期内容由材料人电子电工材料学习小组大黑天、风之翼和以亦编写，材料牛编辑整理。

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