【CPP114】訊：印刷電子產(chǎn)品在柔性,、耐磨性和大尺寸器件方面具有巨大的潛力,。這些產(chǎn)品中最基本的材料平臺(tái)需要導(dǎo)電、半導(dǎo)體和介電元件,。盡管其他幾類材料相比,，介電材料還沒有得到廣泛的研究，但已經(jīng)在許多全印刷器件的功能中起著關(guān)鍵的作用,。例如,，作為無源元件，電容結(jié)構(gòu)是大多數(shù)印刷電子系統(tǒng)所必需的,，構(gòu)成了各種電路的基礎(chǔ),，包括諧振器、濾波器,、存儲(chǔ)器元件和電容應(yīng)變/接觸傳感器,。除了可印刷性外，這些應(yīng)用要求介電材料在器件的使用壽命內(nèi)能提供并能保持穩(wěn)定的電性能和機(jī)械完整性。

  聚氨酯（PU）是一類高拉伸強(qiáng)度,、耐劃傷,、耐腐蝕、耐溶劑的聚合物,，廣泛應(yīng)用于圖案化、功能印刷和涂料等行業(yè),。這些特性使得PU和相關(guān)的介電復(fù)合材料在電子學(xué)方面很有吸引力,，但PU只具有中等的ε r （≈3–4）。二維六角氮化硼（h-BN）由于其寬帶隙（≈6ev）,，常被用作石墨烯和其它二維材料的介電屏蔽層,。使用h-BN的溶液相剝離物及將其與功能性油墨的結(jié)合已被應(yīng)用于可印刷電子產(chǎn)品，然而迄今為止,，這些方法只提供了低/中等介電性能,，ε r 通常小于2–3，最大報(bào)告值約為6,。此外,，由這些剝離的h-BN分散物制備的薄膜在溶劑蒸發(fā)后會(huì)形成多孔結(jié)構(gòu)，由于環(huán)境擾動(dòng),，這可能會(huì)進(jìn)一步損害已經(jīng)很低的擊穿電壓和電介質(zhì)的機(jī)械完整性,。

  在此，英國劍橋大學(xué)Tawfique Hasan博士課題組證明,， 在合成的PU+h-BN薄膜中加入0.7vol%剝落的h-BN,，其介電性能（εr≈7.57）在100到10×106 Hz的頻率范圍內(nèi)增加了兩倍。 研究者采用“一鍋法”工藝,，在2-丁氧乙醇（2-BE）溶劑中剝離并穩(wěn)定h-BN薄片到多元醇中（PU前體）,。經(jīng)過穩(wěn)定分散的涂布和室溫交聯(lián)后，柔性10μm薄膜顯示出高的光學(xué)透明性（550 nm時(shí)約為78.0%）,，在5×5 cm 2 的區(qū)域內(nèi)的透射率變化僅約為0.65%,。

  透明薄膜的介電性能也很均勻，64個(gè)電容器中的ε r 變化小于8%,。這種提高常用可印刷聚合物介電常數(shù)的同時(shí)保持高光學(xué)透明度的方法,，可能在大面積、全印刷透明和柔性電容結(jié)構(gòu)（如低通濾波器和觸摸傳感器）等方面極具吸引力,。相關(guān)研究以“Hexagonal Boron Nitride–Enhanced Optically Transparent Polymer Dielectric Inks for Printable Electronics”為題發(fā)表在 Advanced Functional Materials 上,。

  1、薄膜制備

  圖1：a）h-BN的UALPE和油墨配方的 “一鍋法”加工示意圖,。b）2-BE溶劑,、PU（前體）、PU（前體）+2-BE和PU（前體）+2-BE+h-BN的流變學(xué)測試。c）油墨中剝離的h-BN的光學(xué)吸收光譜,。插圖：比色皿中稀釋后的樣品測試,。d）含和不含h-BN的PU前體的TGA。剝離的h-BN薄片的e）橫向尺寸和f）厚度的AFM統(tǒng)計(jì),。g）塊狀h-BN,、普通PU前驅(qū)體和PU前驅(qū)體+h-BN油墨的拉曼光譜。激發(fā)波長為514.5nm,。

  研究者通過超聲波輔助液相剝離（UALPE）,，在浴式超聲波儀中利用聚氨酯前體和2-BE混合物對(duì)大塊h-BN晶體（開始橫向尺寸約為1μm）進(jìn)行12小時(shí)的剝離，所得分散液以4000轉(zhuǎn)/分的速度離心30分鐘,，以沉積更大的未剝離晶體,，提取穩(wěn)定的富含少層h-BN薄片的上清液（前75%）。這是一種直接用粘合劑前驅(qū)體剝離2D h-BN薄片的簡單而有效的方法,。