柔性單晶硅-低維納米材料及電子器件的制備及性能研究.pdf

1、隨著微電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，開發(fā)具有簡易制造流程、低成本、輕便可彎曲等特性的新型柔性電子材料和器件，可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)剛性微電子器件的局限性，促進(jìn)現(xiàn)代電子產(chǎn)品功能的多樣化發(fā)展。本文研究了單晶硅、石墨烯以及銀納米線三種微納結(jié)構(gòu)薄膜的制備及柔性化方法，并探索了相關(guān)電子材料的穩(wěn)定性和柔性器件的制備及性能優(yōu)化方法。論文主要結(jié)果如下:
　　一、基于單晶硅結(jié)構(gòu)的結(jié)晶學(xué)特性和化學(xué)濕法刻蝕中的動(dòng)力學(xué)因素調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了單晶硅材料的柔性化，制備了不同厚度且

2、均勻的單晶硅薄片、小且均勻的金字塔結(jié)構(gòu)及其復(fù)合多種形貌和取向的納米線結(jié)構(gòu)，得到了柔性的單晶硅材料及其復(fù)合微納結(jié)構(gòu)，并測試了全角度入射光的反射率，結(jié)果表明金字塔復(fù)合<111>取向納米線在光從0-45°入射時(shí)光反射率均在5％以下，具有良好的全角度減反射特性。
　　二、基于噴墨印刷工藝制備了柔性插指狀石墨烯超級電容器，通過添加碳顆粒解決了石墨烯片結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的問題，并實(shí)現(xiàn)了插指狀超級電容器電極的規(guī)格化制備。結(jié)果表明，添加碳顆粒的超級電容器

3、的面電容提高到780％;器件彎曲測試500次后，電容器的外觀狀態(tài)和電容性能基本不變，說明電容器具有優(yōu)異的彎曲柔韌性;經(jīng)過10000次循環(huán)測試后，電容保持率為100％，表明電容器具有極佳的循環(huán)穩(wěn)定性和長循環(huán)壽命。
　　三、通過調(diào)控氧化石墨烯表面官能團(tuán)的分布，制備了一種電壓信號檢測濕度的平面型傳感器。結(jié)果表明，該傳感器對不同相對濕度呈階躍式響應(yīng)變化，感應(yīng)電壓穩(wěn)定值呈線性變化，靈敏度高，具有較快的響應(yīng)/恢復(fù)特性;利用此傳感器對人體呼吸過

4、程進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)了對正常靜態(tài)呼吸(12-20次/min)、快速急促呼吸(20-40次/min)等不同呼吸頻率的檢測，對均勻呼吸、暫停呼吸和深呼吸等不同呼吸模式的實(shí)時(shí)檢測。長達(dá)近1000次的呼吸過程測試和3個(gè)月放置后，仍具有較好的重復(fù)性和循環(huán)穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上制作了智能呼吸檢測儀，初步實(shí)現(xiàn)了對人體呼吸頻率和呼吸模式的測量。
　　四、基于一維銀納米線結(jié)構(gòu)制備的柔性透明加熱器，實(shí)現(xiàn)了加熱溫度40-100℃范圍內(nèi)調(diào)控，熱響應(yīng)時(shí)間15 s左

5、右。經(jīng)過100次高電壓28 V循環(huán)測試后，加熱器表面溫度基本沒有發(fā)生變化，彎曲成圓柱形時(shí)，加熱器依舊可以正常工作。表明加熱器具有較寬的溫度調(diào)節(jié)范圍、較好的溫度穩(wěn)定性、較快的熱響應(yīng)時(shí)間、長循環(huán)穩(wěn)定性和柔韌性。通過研究不同方塊電阻的加熱器的電學(xué)性能的穩(wěn)定性，結(jié)果表明，低電阻(＜50Ω/□)的加熱器的擊穿失效主要是因?yàn)榧訜釡囟忍邔?dǎo)致銀納米線熱熔斷和基底熱損壞失效;中高電阻（＞50Ω/□）的加熱器失效機(jī)理主要是電遷移和熱效應(yīng)共同作用失效，并且