【CPP114】讯：印刷电子产品在柔性、耐磨性和大尺寸器件方面具有巨大的潜力。这些产品中最基本的材料平台需要导电、半导体和介电元件。尽管其他几类材料相比，介电材料还没有得到广泛的研究，但已经在许多全印刷器件的功能中起着关键的作用。例如，作为无源元件，电容结构是大多数印刷电子系统所必需的，构成了各种电路的基础，包括谐振器、滤波器、存储器元件和电容应变/接触传感器。除了可印刷性外，这些应用要求介电材料在器件的使用寿命内能提供并能保持稳定的电性能和机械完整性。

  聚氨酯（PU）是一类高拉伸强度、耐划伤、耐腐蚀、耐溶剂的聚合物，广泛应用于图案化、功能印刷和涂料等行业。这些特性使得PU和相关的介电复合材料在电子学方面很有吸引力，但PU只具有中等的ε r （≈3–4）。二维六角氮化硼（h-BN）由于其宽带隙（≈6ev），常被用作石墨烯和其它二维材料的介电屏蔽层。使用h-BN的溶液相剥离物及将其与功能性油墨的结合已被应用于可印刷电子产品，然而迄今为止，这些方法只提供了低/中等介电性能，ε r 通常小于2–3，最大报告值约为6。此外，由这些剥离的h-BN分散物制备的薄膜在溶剂蒸发后会形成多孔结构，由于环境扰动，这可能会进一步损害已经很低的击穿电压和电介质的机械完整性。

  在此，英国剑桥大学Tawfique Hasan博士课题组证明， 在合成的PU+h-BN薄膜中加入0.7vol%剥落的h-BN，其介电性能（εr≈7.57）在100到10×106 Hz的频率范围内增加了两倍。 研究者采用“一锅法”工艺，在2-丁氧乙醇（2-BE）溶剂中剥离并稳定h-BN薄片到多元醇中（PU前体）。经过稳定分散的涂布和室温交联后，柔性10μm薄膜显示出高的光学透明性（550 nm时约为78.0%），在5×5 cm 2 的区域内的透射率变化仅约为0.65%。

  透明薄膜的介电性能也很均匀，64个电容器中的ε r 变化小于8%。这种提高常用可印刷聚合物介电常数的同时保持高光学透明度的方法，可能在大面积、全印刷透明和柔性电容结构（如低通滤波器和触摸传感器）等方面极具吸引力。相关研究以“Hexagonal Boron Nitride–Enhanced Optically Transparent Polymer Dielectric Inks for Printable Electronics”为题发表在 Advanced Functional Materials 上。

  1、薄膜制备

  图1：a）h-BN的UALPE和油墨配方的 “一锅法”加工示意图。b）2-BE溶剂、PU（前体）、PU（前体）+2-BE和PU（前体）+2-BE+h-BN的流变学测试。c）油墨中剥离的h-BN的光学吸收光谱。插图：比色皿中稀释后的样品测试。d）含和不含h-BN的PU前体的TGA。剥离的h-BN薄片的e）横向尺寸和f）厚度的AFM统计。g）块状h-BN、普通PU前驱体和PU前驱体+h-BN油墨的拉曼光谱。激发波长为514.5nm。

  研究者通过超声波辅助液相剥离（UALPE），在浴式超声波仪中利用聚氨酯前体和2-BE混合物对大块h-BN晶体（开始横向尺寸约为1μm）进行12小时的剥离，所得分散液以4000转/分的速度离心30分钟，以沉积更大的未剥离晶体，提取稳定的富含少层h-BN薄片的上清液（前75%）。这是一种直接用粘合剂前驱体剥离2D h-BN薄片的简单而有效的方法。