Тонкие металлооксидные пленки для гибких и растягивающихся электронных устройств

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В статье обсуждаются методы синтеза металлооксидных пленок и сенсоров на их основе на гибких и растягивающихся полимерных подложках. Показаны их преимущества и недостатки, области применения и перспективы внедрения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. Белых

Воронежский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: belykh.maks@yandex.ru

аспирант кафедры твердотельной электроники

Россия, Воронеж

Д. Пермяков

Воронежский государственный технический университет

Email: Dima.P.S@yandex.ru

аспирант кафедры твердотельной электроники

Россия, Воронеж

А. Строгонов

Воронежский государственный технический университет

Email: andreistrogonov@mail.ru

д.т.н., профессор кафедры твердотельной электроники

Россия, Воронеж

Список литературы

  1. Jeong H., Rogers J.A., Xu S. Continuous on-body sensing for the COVID-19 pandemic: gaps and opportunities // Sci. Adv. 2020. Vol. 6. No. 36. PP. 1–4.
  2. Wang H., Yang M., Tang Q. et al. Flexible, conformal organic synaptic transistors on elastomer for biomedical applications // Adv. Funct. Mater. 2019. Vol. 29. No. 19. PP. 1–9.
  3. Hua Q., Sun J., Liu H., Bao R. et al. Skin-inspired highly stretchable and conformable matrix networks for multifunctional sensing // Nat. Commun. 2018. Vol. 9. No. 1. PP. 1–11.
  4. Ostfeld A.E., Gaikwad A.M, Khan Y., Arias A.C. High-performance flexible energy storage and harvesting system for wea rable electronics // Sci. Rep. 2016. Vol. 6. No. 1. PP. 1–10.
  5. Zhou Z., Lan C., Wei R., Ho J.C. Transparent metal-oxide nanowires and their applications in harsh electronics // J. Mater. Chem. C. 2019. Vol. 7. No. 2. PP. 202–217.
  6. Dubourg G., Radović M. Multifunctional screen-printed TiO2 nanoparticles tuned by laser irradiation for a flexible and scalable UV detector and room temperature ethanol sensor // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019. Vol. 11. No. 6. PP. 6257–6266.
  7. Li R., Jiang K., Chen S. et al. SnO2/SnS2 nanotubes for flexible room-temperature NH3 gas sensors // RSC Adv. 2017. Vol. 7. No. 83. PP. 52503–52509.
  8. Gutruf P., Zeller E., Walia S. et al. Stretchable and tunable microtectonic ZnO-based sensors and photonics // Small. 2015. Vol. 11. No. 35. PP. 4532–4539.
  9. Lacour S.P., Wagner S., Huang Z., Suo Z. Stretchable gold conductors on elastomeric substrates // Appl. Phys. Lett. 2003. Vol. 82. No. 15. PP. 2404–2406.
  10. Mebarki F., David E. Dielectric characterization of thermally aged recycled Polyethylene Terephthalate and Polyethylene Naphthalate reinforced with inorganic fillers // Polym. Eng. Sci. 2018. Vol. 58. No. 5. PP. 701–712.
  11. Manasevit H.M., Simpson W.I. The use of metal-organics in the preparation of semiconductor materials // J. Electrochem. Soc. 1969. Vol. 116. No. 12. P. 1725.
  12. Dingemans G., Sanden M.C.M., Kessels W.M.M. Plasma-enhanced chemical vapor deposition of aluminum oxide using ultrashort precursor injection pulses // Plasma Processes Polym. 2012. Vol. 9. PP. 761–771.
  13. Parasuraman K., Raghunathan V.S. Status of pulsed laser deposition: challenges and opportunities // Surf. Eng. 2006. Vol. 22. PP. 81–83.
  14. Hwang T., Byun M., Jeong C.K., Lee K.J. Flexible piezoelectric thin-film energy harvesters and nanosensors for biomedical applications // Adv. Healthcare Mater. 2015. Vol. 4. No. 5. PP. 646–658.
  15. Park J.W., Kang B.H., Kim H.J. A review of low-temperature solution-processed metal oxide thin-film transistors for flexible electronics // Adv. Funct. Mater. 2020. Vol. 30. No. 20. PP. 1–40.
  16. Kumar R.V., Diamant Y., Gedanken A. Sonochemical synthesis and characterization of nanometer-size transition metal oxides from metal acetates // Chem. Mater. 2000. Vol. 12. No. 8. PP. 2301–2305.
  17. Tazikeh S., Akbari A., Talebi A., Talebi E. Synthesis and characterization of tin oxide nanoparticles via the Co-precipitation method // Mater. Sci. 2014. Vol. 32. No. 1. PP. 98–101.
  18. Mishra D., Arora R., Lahiri S. et al. Synthesis and characterization of iron oxide nanoparticles by solvothermal method // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2014. Vol. 50. No. 5. PP. 628–631.
  19. Schutz M.B., Xiao L., Lehnen T. et al. Microwave-assisted synthesis of nanocrystalline binary and ternary metal oxides // Int. Mater. Rev. 2018. Vol. 63. No. 6. PP. 341–374.
  20. Qiu X., Liu Y., Wang L., Fan L.-Z. Reverse microemulsion synthesis of nickel-cobalt hexacyanoferrate/reduced graphene oxide nanocomposites for high-performance supercapacitors and sodium ion batteries // Appl. Surf. Sci. 2018. Vol. 434. PP. 1285–1292.
  21. Zhang J., Gao L. Synthesis and characterization of nanocrystalline tin oxide by sol–gel method // J. Solid State Chem. 2004. Vol. 177. No. 4–5. PP. 1425–1430.
  22. Bang J.H., Suslick K. Applications of ultrasound to the synthesis of nanostructured materials // Adv. Mater. 2010. Vol. 22. PP. 1039–1059.
  23. Rho J., Kim S.J., Heo W. et al. PbZrxTi1–xO3 ferroelectric thin-film capacitors for flexible nonvolatile memory applications // IEEE Electron Device Lett. 2010. Vol. 31. No. 9. PP. 1017–1019.
  24. Baghbanzadeh M., Carbone L., Cozzoli P.D., Kappe C.O. Microwave-assisted synthesis of colloidal inorganic nanocrystals // Angew. Chem., Int. Ed. 2011. Vol. 50. No. 48. PP. 11312–11359.
  25. Yang S., Su B., Bitar G., Lu N. Stretchability of indium tin oxide (ITO) serpentine thin films supported by Kapton substrates // Int. J. Fract. 2014. Vol. 190. PP. 99–110.
  26. Dong D., Dhanabalan S.S., Elango P.F.M. et al. Emerging applications of metal-oxide thin films for flexible and stretchable electronic devices // Phys. Rev. 2023. Vol. 10. No. PP. 1–37.
  27. Wang S., Huang Y., Rogers J.A. Mechanical designs for inorganic stretchable circuits in soft electronics // IEEE Trans. Compon., Packag., Manuf. Technol. 2015. Vol. 5. No. 9. PP. 1201–1218.
  28. Munzenrieder G, Cantarella G., Vogt C. et al. Stretchable and conformable oxide thin-film electronics // Adv. Electron. Mater. 2015. Vol. 1. No. 3. PP. 1–8.
  29. Sim K., Rao Z., Zou Z. et al. Metal oxide semiconductor nanomembrane–based soft unnoticeable multifunctional electronics for wearable human-machine interfaces // Sci. Adv. 2019. Vol. 5. No. 8. PP. 1–10.
  30. Gutruf P., Shah C.M., Walia S. et al. Transparent functional oxide stretchable electronics: micro-tectonics enabled high strain electrodes // NPG Asia Mater. 2013. Vol. 5. No. 9. PP. 1–7.
  31. Gutruf P., Zeller E., Walia S. et al. Stretchable and tunable microtectonic ZnO-based sensors and photonics // Small. 2015. Vol. 11. No. 35. PP. 4532–4539.
  32. Shin J., Jeong B., Kim J. et al. Sensitive wearable temperature sensor with seamless monolithic integration // Adv. Mater. 2020. Vol. 32. No. 2. PP. 1–9.
  33. Pang Z., Nie Q., Lv P. et al. Design of flexible PANI-coated CuO-TiO2-SiO2 heterostructure nanofibers with high ammonia sensing response values // Nanotechnology. 2017. Vol. 28. No. 22. PP. 1–22.
  34. Patil P.H., Kulkarni V.V., Jadhav S.A. An overview of recent advancements in conducting polymer–metal oxide nanocomposites for supercapacitor application // J. Compos. Sci. 2022. Vol. 6. No. 12. PP. 1–23.
  35. Palencia M., Ramírez-Rincón J.A., Restrepo-Holguín D.F. Polymer-metal oxide composite as sensors // Renewable Polymers and Polymer-Metal Oxide Composites / Ed. S. Haider, A. Haider. Elsevier. 2022. PP. 283–306.
  36. Yu X., Zeng L., Zhou N. et al. Ultra-flexible, ‘invisible’ thin-film transistors enabled by amorphous metal oxide/polymer channel layer blends // Adv. Mater. 2015. Vol. 27. No. 14. PP. 2390–2399.
  37. Benabid F.Z., Kharchi N., Zouai F. et al. Impact of co-mixing technique and surface modification of ZnO nanoparticles using stearic acid on their dispersion into HDPE to produce HDPE/ZnO nanocomposites // Polym. Polym. Compos. 2019. Vol. 27. No. 7. PP. 389–399.
  38. Lee S.H., Kim G., Lim J.W. et al. High-performance ZnO: Ga/Ag/ZnO: Ga multilayered transparent electrodes targeting large-scale perovskite solar cells // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2018. Vol. 186. PP. 378–384.
  39. Zhao G., Kim S.M., Lee S.G. et al. Bendable solar cells from stable, flexible, and transparent conducting electrodes fabricated using a nitrogen-doped ultrathin copper film // Adv. Funct. Mater. 2016. Vol. 26. No. 23. PP. 4180–4191.
  40. Jung J., Cho H., Yuksel R. et al. Stretchable/flexible silver nanowire electrodes for energy device applications // Nanoscale. 2019. Vol. 11. No. 43. PP. 20356–20378.
  41. Rajesh Y., Padhi S.K., Krishna M.G. ZnO thin film-nanowire array homo-structures with tunable photoluminescence and optical band gap // RSC Adv. 2020. Vol. 10. No. 43. PP. 25721–25729.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Применение металлооксидных пленок на гибких и растягиваемых подложках

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Пример конструкции внешней растягивающей структуры для тонких пленок из оксидов металлов

Скачать (429KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Конструкция транзистора, изготовленного на волнистой структуре

Скачать (552KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Змеевидная конструкция

Скачать (979KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Пластинчатая структура поверхности оксидной пленки в образцах ITO-PDMS после многократных циклов растяжения

Скачать (1MB)
Метаданные
7. Рис. 6. Гибкая пленка на основе наночастиц оксида никеля

Скачать (1MB)
Метаданные
8. Рис. 7. Нанопроволоки ZnO, синтезированные гидротермальным методом

Скачать (562KB)
Метаданные

© Белых М., Пермяков Д., Строгонов А., 2025