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聚合物LED达到纳米级尺寸

2018-11-08

对比纳米级聚合物发光二极管在诸多领域丰富的潜在应用,用来生产它们的高效率纳米加工方法一直很匮乏。Thomas D. Anthopoulos及其来自伦敦帝国理工学院、英国国家物理实验室和沙特阿拉伯阿卜杜拉科技大学(KAUST)的同事在第一期《物理:材料》期刊的报道展示了最近研发的粘附性光刻技术,这项技术的应用多种多样,利用它能够精确地生产出高性能聚合物绿光二极管,其纵横比能高达106且电极间距离小于15纳米。


纳米级聚合物发光二极管除了可以作为扫描近场光学显微镜和纳米级光学成像的潜在光源,还可以利用焦耳(Joule)加热的高效率消热来达到更高的电流密度,最终帮助电子泵浦有机激光器的研发。

图1 使用粘附性光刻技术(a-lith)在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底上制造的纳米级聚合发光二极管(PLED)。左图:在PET上图案化制备好的a-Lith Al-Au电极,交叉指状的Au指状物用作阳极并被共同的(全局上)Al阴极电极所包围。右图:在共面Al-Au电极内部和上方区域中激子形成的示意图。在此致谢提供图片的《物理:材料》期刊

然而,正如Anthopoulos与其共同作者在他们的报告中指出的:“荫罩和传统的光刻技术无法制造出在不同金属之间具有可工作特性的纳米级电极,这种制造过程上的难题进一步阻碍了我们的研究进展,虽然电子束光刻不适合生产高档产品,但它通常限于单个电极材料。”


粘附性光刻技术具有多功能性


早在2014年,Anthopoulos就与伦敦帝国理工学院和阿卜杜拉科技大学(KAUST)的研究人员一起在《自然:通讯》杂志上描述了粘附性光刻技术如何在不同材料的电极之间产生小于15纳米的纳米片。该方法涉及在预先图案化的金属层上沉积自组装分子层的过程,从而削弱其与随后沉积的金属层的粘附性。然后他们利用减弱的粘附力,用胶带从第一层移走第二层金属,只留下在第一层金属预先图案化间隙中的第二层,当自组装的分子层被移走后,在两种金属之间就形成了纳米板。


Anthopoulos及其同事现在尝试应用该技术来制造纳米级聚合物发光二极管,这种LED将会包含一个金电极、一个铝电极以及发光聚合物聚(9,9-二辛基芴-共二噻吩)(F8T2)。利用不同的金属电极制作发光二极管的技术使得他们可以设计从金的费米能级到F8T2的优先空穴注入,这是基于势垒低于F8T2与铝之间界面的条件。


把实验结果与在石英上的F8T2相比发现,光致发光谱中的红移表明了聚合物的纳米细化在纳米间隙中的影响,同时这些红移还证明了通过增加纵横比,LED和其他在塑料和玻璃上制造的器件的光输出会得到改善。


在报告中,Anthopoulos及其共同作者表示:“据我们所知,这是在塑料基板上制作柔性纳米高分子发光二极管(PLED)的第一个例子。这些结果与在玻璃基板上获得的结果一致,这证明了粘附性光刻技术(a-Lith)在各种基板材料上创建大尺寸纳米间隙器件的多功能特性。”


ICREA教授Stephan Roche是《物理:材料》期刊的主编,他并没有参与当前的研究,但仍然强调了在塑料和玻璃上演示制造技术的重要意义。他表示:“如果想要把器件小型化,而我们的技术却只基于硅,成本会随着设备尺寸的缩小而越来越高。在Anthopoulos团队研究的这种情况下,玻璃和塑料都是非常常见的材料,成本非常低,且他们的技术是化学因素驱动的,因此它不会增加额外的成本。相反,它在可能的架构方面具有多功能性、复杂性的优点,并可以作为纳米级的光源——这会为很多应用领域开拓出一个新的维度。”


(来源:光粒网




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