【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】二甲基二乙烯基硅烷是武茲法生產(chǎn)有機(jī)硅乙烯基封頭劑過程中無法避免的副產(chǎn)物，我國是乙烯基封頭劑的主要生產(chǎn)國和出口國，每年都會產(chǎn)生大量二甲基二乙烯基硅烷。目前該副產(chǎn)物尚缺乏成熟的工業(yè)利用途徑，大部分被長期儲存，不僅占用倉儲資源，還存在環(huán)境泄露與安全生產(chǎn)隱患。同時，硫磺作為石化工業(yè)最常見的副產(chǎn)物，盡管已有廣泛用途(例如硫酸的生產(chǎn))，但其在世界范圍內(nèi)仍長期處于過剩狀態(tài)。
 

　　近日，上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院嚴(yán)佳駿課題組與紀(jì)清清課題組合作，通過反硫化技術(shù)，僅用二甲基二乙烯基硅烷與硫磺兩種工業(yè)廢料，成功制備出富含硫元素的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)高分子薄膜，該薄膜能夠有效修復(fù)單層二硫化鉬場效應(yīng)晶體管中的硫空位，抑制器件開關(guān)遲滯現(xiàn)象，從而顯著提升場效應(yīng)晶體管的高溫工作性能。相關(guān)成果發(fā)表于國際知名學(xué)術(shù)期刊Green Chemistry。
 

圖1. DMDVS的產(chǎn)生以及反硫化技術(shù)的概覽和應(yīng)用。
 

　　硅基交聯(lián)劑的引入使所得聚合物展現(xiàn)出區(qū)別于傳統(tǒng)反硫化體系的獨(dú)特動態(tài)性能，研究團(tuán)隊通過不同的工藝條件實(shí)現(xiàn)了對聚合物多樣形貌的精確調(diào)控，并通過多樣的分析手段證實(shí)了富硫聚合物網(wǎng)絡(luò)的生成。實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，不同形貌的聚合物在物理化學(xué)性質(zhì)上存在顯著差異。為獲得可穩(wěn)定應(yīng)用的材料，團(tuán)隊通過后續(xù)工藝優(yōu)化處理，制備出一種可熱加工的富硫網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)由更短的硫鏈相互連接(圖2)。
 

圖2. 多種形貌聚合物產(chǎn)生的擬議機(jī)理以及聚合物薄膜的動態(tài)特性表征。
 

　　單層硫化鉬二維器件被認(rèn)為是潛在的下一代集成電路材料，但是這類材料的高溫穩(wěn)定性不佳。高溫下硫原子的揮發(fā)會導(dǎo)致硫化鉬晶格產(chǎn)生空位，導(dǎo)致場效應(yīng)晶體管性能下降，具體表現(xiàn)為遲滯窗口展寬、亞閾值擺幅退化等。研究團(tuán)隊將制備的富硫薄膜涂布在單層二硫化鉬器件表面，發(fā)現(xiàn)器件高溫性能得到顯著改善：在150 ℃的遲滯窗口從38 V下降至20 V，亞閾值擺幅從+2.22 V/dec降低至+0.90 V/dec，硫空位濃度的增加量從84%下降至21%，硫空位產(chǎn)生被顯著抑制。(圖3)
 

圖3. 涂布富硫薄膜的器件電學(xué)性能表征以及高溫下器件窗口發(fā)生遲滯的機(jī)理解釋。
 

　　本研究展示了將兩種主要的工業(yè)廢棄物——二甲基二乙烯基硅烷和元素硫結(jié)合，通過增值轉(zhuǎn)化制備富硫動態(tài)聚合物網(wǎng)絡(luò)的過程，真正實(shí)現(xiàn)了 “變廢為寶”。 這一成果為低值工業(yè)廢棄物到先進(jìn)功能材料的轉(zhuǎn)化提供了全新范式。
 

　　本工作中，上海科技大學(xué)物質(zhì)學(xué)院2024級博士研究生王子霄和2024級博士研究生裘園元為共同第一作者，上?？萍即髮W(xué)嚴(yán)佳駿教授、紀(jì)清清教授為本文的共同通訊作者，上?？萍即髮W(xué)為第一完成單位。