【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，南方科技大學材料科學與工程系副教授于嚴淏與合作者在柔性電子封裝研究中取得進展，相關成果以“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，導致界面滲漏和本體透過雙重失效機制。研究團隊通過在苯乙烯類嵌段共聚物中引入極性接枝聚合物，調控相分離過程，首次實現(xiàn)材料表面從高彈態(tài)向黏塑態(tài)的可控轉變，使封裝薄膜能與多種電子材料形成保形強韌黏附，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)阻隔層和吸濕層實現(xiàn)無缺陷集成，有效克服了傳統(tǒng)堆疊結構在形變下因缺陷導致的阻隔失效問題。這項突破性技術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
 

　　研究團隊在苯乙烯-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)，并精確調控其相分離過程，在彈性體近表面區(qū)域構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.界面黏附與側向防水汽滲漏性能
 

　　獨特的表面黏塑效應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、金屬及其自身在內的多種材料形成致密、強韌且具備拉伸適應性的粘附界面。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
 

　　研究團隊基于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”復合材料。Scavenging SVS的穩(wěn)態(tài)水汽透過率低于設備檢測極限(~10?5 g·m?²·day?¹)，達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及其復合薄膜在多種器件中展現(xiàn)出卓越的密封保護性能。經(jīng)其封裝后，鈣鈦礦量子點在水下浸泡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，遠超常規(guī)保護水平；植入式電子器件在體內連續(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%。該技術驗證了SVS及其復合薄膜在嚴苛環(huán)境下優(yōu)異的跨領域適用性，為高性能器件的可靠封裝提供了通用解決方案。
 

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