有机半导体图案化成膜中的马兰戈尼与咖啡环效应协同作用.pdf

在有机半导体领域，图案化成膜是实现高性能有机场效应晶体管（OFETs）的关键步骤，尤其对于柔性传感器和显示器驱动器应用具有重要意义。然而，大面积、高质量的薄膜制备技术面临着巨大挑战。本文探讨了一种利用马兰戈尼效应（Marangoni effect）与咖啡环效应（Coffee-ring effect）协同作用来制备图案化有机半导体薄膜的新方法。 马兰戈尼效应是指在液体表面张力不均匀时，由于温度或溶质浓度差异导致的液体表面流动现象。在有机半导体薄膜的制备过程中，通过氧等离子体处理可以改变基底表面的亲水性和疏水性，从而引发马兰戈尼效应。将无定形的氟聚合物（如CYTOP）以疏水层的形式旋涂在基底上。接着，部分基底表面通过等离子体处理变得亲水。通过对处理和未处理表面的水接触角进行比较，可以优化处理时间，确保基底不同区域的水接触角相对均匀，从而控制马兰戈尼效应的强度和方向。 咖啡环效应则是指当含有颗粒的液滴在蒸发过程中，颗粒会聚集在边缘形成环状分布的现象，这源于液体蒸发时产生的径向流。在本研究中，通过精确控制基底的亲水/疏水特性，可以引导有机半导体溶液在蒸发过程中形成特定的图案分布，利用咖啡环效应在亲水区域形成有机半导体的高密度沉积。 实验中，基底被浸入含有2,7-二辛基[1]苯并噻吩[3,2-b]噻吩（2,7-dioctyl[1]benzothieno[3,2-b]thiophene, C8-BTDT-T）的溶液中。在亲水区域，C8-BTDT-T分子受到马兰戈尼效应和咖啡环效应的共同作用，形成高浓度的有机半导体薄膜图案。这种方法可以实现有机半导体的局部化和有序化，有助于提高OFETs的性能和稳定性。 该研究由国家自然科学基金和国家重大研究发展计划项目资助，展示了马兰戈尼效应和咖啡环效应在微纳米尺度上的有效结合，为制备高性能、大面积的有机半导体器件提供了新的思路和技术手段。通过这种方式，未来有可能实现更复杂、更精细的有机半导体图案，推动柔性电子技术的发展。