文 | 全世界最牛的美少

编辑 | 全世界最牛的美少

用硼两亲性材料对氧化铟的表面进行改性，以调整光电器件中电极的能级排列，调整电极的能级排列对于通过改善载流子注入来提高OED效率至关重要。

虽然有机溶剂的介电特性会影响BA自组装单层的形成，但发现，溶解的BA材料和溶液介质的分子间力，对于在电极上形成有序膜更为重要。

实验结果还显示了使用BA材料的电极和空穴传输层之间的有效隧道现象，这些孔被运送到隧道交汇处，那里的费米能量足够接近BA的HOMO带。

今天小美给大家讲一下，有机溶剂的介电性，对光电器件保护膜的形成有何作用。

纳米颗粒

因此，降低了OED的ITO/HTL的隧道屏障高度，并为孔注入创造了有利条件，从而使亮度和电流密度提高了2-3倍。

据信，电极/BA/HTL之间界面接触面积较大，形成有序的BA层是提高BA修饰电极表面和OED性能的原因。

改变表面特性的一种常用方法是使用有机分子的SAM，通常，SAM由头部，骨干和尾部官能团组成。

头部基团吸附在基板表面上，而主链之间的范德华相互作用导致有序单层结构的形成。尾部官能团决定了SAM改性表面的润湿性能。

近年来，对表面活性剂、两亲肽、树枝状聚合物、波拉亲分子和纳米颗粒等有机材料的自组装进行了许多实验。

其中，BA材料特别令人感兴趣，其中两个极性头基团由长疏水间隔物隔开，通常由烷基链组成。

在疏水链两端包含不同头基的不对称BA结构，多功能性和自组装性因其在医学、生物学、纳米材料和光电子学中的应用而受到关注。

由于MPA、MUA和MHDA BA材料具有高极性头、中等极性末端基团和非极性间隔链，因此具有双亲性特性。

末端官能团：单个硫醇基团之间的氢键在液体中较弱，高度极化的二价硫中心之间的范德华相互作用是主要的内聚力。由于硫和氢之间的电负性略有变化，S-H键是温和的极性。

头部官能团：羧酸部分是一种极性的有机官能团，具有羟基的强极化羰基基团的存在会导致这种极性。

间隔链：烷烃是非极性化合物，因为它们只有非极性碳-碳键和碳-氢键，烷烃分子之间唯一存在的分子间相互作用，由非极性分子中的随机电子振荡，引起的瞬态偶极子之间的吸引力。

硫醇基团与金和银表面结合，其表面性质由羧酸表达，硫醇在表面上提供均匀且水解稳定的薄膜。基于硫醇的SAM的主要缺点是它们对氧化的敏感性，从而损害了其长期稳定性。

先前表明，当在ITO表面形成硼两亲性自组装单层时，羧基与表面结合，其特征为硫醇。

但是需要进一步的实验才能在ITO表面上成功沉积和形成高质量和有序的BASAM单层。这具有不同链长的混合BA单层的结构预计对pH敏感。

亚甲基基团的暴露增加了SAM的疏水性，而在碱性溶液中，由于羧酸基团之间的排斥和这些基团的溶剂水合作用，预计分子将处于全反式构型，然而，基于沉积在表面上的正常不可逆共价键对BA材料引入选择性响应仍然是一个挑战。

值得注意的是，因为透明度，ITO比同类产品具有优势，这使得ECIS可以与显微镜实验相结合。

由于其稳定而宽的电化学工作窗口，优异的基材附着力和低成本，它在表面改性工艺和生物传感方面引起了相当大的兴趣。

因此，此实验提出的SAMs位于ITO衬底和PEDOT：PSS层之间，不仅有望改善PEDOT：PSS纳米结构的形成，而且可以保护ITO的形成。

这是因为单层界面处的微环境，由于官能团的离子强度保持不变，界面电位对羧酸头基解离反应的影响在不同单层中是相同的。

微环境的差异包括以下因素：解离基团之间的排斥相互作用，烷基链之间的范德华力，以及烷基链和硫原子与羧酸头基团的相互作用，这些因素通过稳定羧酸阴离子和或使羧基质子更酸性来影响单层界面处的微环境。

硫是一种富含电子的原子，α碳上的硫原子与单层中的羧酸基团之间的相互作用较强，使羧酸阴离子HSCH2COOH不稳定。

因此，单层的表面pKa大于单层的HSCH2CH2COOH.当n>2时，硫原子与羧酸基团之间的相互作用可以忽略不计，烷基链的影响最为重要。

聂等人发现，当使用非极性溶剂时，十八烷基膦酸的有序SAMs仅在硅片和铝膜表面形成，而使用极性溶剂会导致低质量的SAM。

选择具有高溶解性能的溶剂，而不考虑溶剂的其他特性，一些实验表明，溶剂的选择显着影响自形成机制和最终的单层形成顺序。

至于形成动力学，界面结构处的溶剂在SAM生长，后期大大阻碍了表面活性剂与模板表面结合的能力。

已经证明，对于金属表面上具有尾基的烷烃醇，用极性溶剂形成优于用非极性溶剂变形，并且非极性溶剂被认为通过允许链更灵活来减少顺序。

溶剂和溶液条件对BASAM更敏感，并影响大单层的形成，在ITO表面上形成BASAM是困难的，最近很少有成功的报道。

根据各种报道，溶剂的极性和非极性决定了SAM的溶解度电位，但其低介电常数与表面上SAM自组装层的形成直接相关。

根据一项建议，介电常数在3-5之间;使用极性较低的溶剂有助于增加SAM沉积并促进形成坚固的自组装层。

在ITO和BA的情况下，硫醇基团共价结合到铟和锡的天然氧化层，使用旋涂和浸涂技术从氯仿、三氯乙烯和苯甲醚等非极性溶剂快速制备BA的SAM。

得出结论，溶剂-底物相互作用在有序SAM的形成中起着至关重要的作用，而SAM形成分子的性质对表面SAM的质量几乎没有影响。

接触角和表面能

首先，本实验使用非极性溶剂和极性溶剂进行比较，溶解在不同溶剂中的MUA-SAM形成的ITO电极的水，接触角在55.85–64.72°之间，高于预期，氯仿的最小值与溶剂的介电常数成正比。

换句话说，与使用具有高介电常数的溶剂溶解和成型相比，用具有低介电常数的溶剂溶解和形成MUA-SAM可能产生质量更好的SAM。

溶剂的介电常数测量分离或溶解带电粒子的能力，这是控制溶液中化学反应的重要因素，因此，当在ITO表面形成MUA-BASAM时，头部和尾部基团之间存在接触的可能性，这可能是因为水接触角高。

其次，将具有少数碳原子的MPA和MUA-BASAM，用氢氧化钠溶解在碱性pH为14的乙醇溶液中，并在ITO表面形成，选择氢氧化钠是因为它能与有机溶剂混溶，并使溶质强烈去质子化。

根据BA材料的羧酸头基与电极金属表面的成盐反应机理，In-O-C键和谐振双足In-O-C的形成。富含氢氧根离子的有机溶剂，形成的MUA和MPA的水接触角小于10°，这可能是由于BA材料垂直形成良好。

溶解在乙醇中的长烷基链MHDA-BASAM溶液，其在ITO表面形成而不影响pH值，对于具有长烷基链的SAM，除了锚定基团与被修饰的表面之间的相互作用外，相邻分子之间的范德华相互作用还会影响堆积和取向，从而影响上层的形态特性。

尽管关于SAM在具有长烷基链的分子中的利用的报道很少，但开发这些类别的SAM用于技术应用非常重要。SAM的长烷基链尾部可以增加单层覆盖率，导致形成更致密的超薄中间层，更致密的SAM层改善了对底部电极的保护。

预计本实验中提出的SAMs将被放置在ITO衬底和NPB层之间，不仅可以改善NPB纳米结构的形成，还可以保护ITO薄膜，从而改善电荷传输。

表面形态

原子力显微镜是一种用于在纳米级水平上检查表面结构的多功能工具，是检查纳米材料表面形态变化的最可靠技术之一。

考察不同溶液、溶液介质和BA材料链长对ITO电极表面BA形成的影响，并评价了表面形成的薄膜的粗糙度参数。

通过在裸ITO表面上形成MUA-BASAM来增加表面粗糙度，颗粒大小、高度、直径和团聚度因所用溶剂而异，使用极性溶剂形成的MUA-BASAM形貌相对更光滑，晶粒尺寸较大，而使用非极性溶剂获得的形貌更粗糙，晶粒尺寸更小，密度较高。

两个SAM分子都组装在ITO表面上，这可能导致ITO表面的功函数降低，这可能是因为MUA-BASAM在表面上的聚集增加。

甲苯溶剂的粗糙度与光滑的裸ITO相当，表明化学吸附性较低，这表明由于甲苯和MUA-SAM之间的极性差异较大，SAM在甲苯中的溶解性较差，室温下在乙醇溶液中形成的ITO玻璃上各种BA链的AFM：有NaOH-EtOH的MPA，具有NaOH的MUA，以及具有EtOH的MHDA。

MUA和MPA表面比MHDA表面更光滑，尽管MHDA形成形貌的谷值和峰值在-13.5-75.6 nm之间，但表面缺陷相对较小，表明形成良好的薄膜。

溶剂形成的表面的平均粗糙度为0.78-1.46nm，BA的粗糙度与溶液介质和链的影响在0.21-1.67nm之间，MPA-SAM的粗糙度大于裸露表面的粗糙度。

MUA和MHDA形成的表面晶粒小且紧密排列，表明晶粒形成良好，基于纳米级均匀性的形貌参数对MUA、MPA和MHDA-BA的自组装层状薄膜进行了表征。

光电器件的特点

光学电子器件根据BA沉积在电极上的条件，可分为由不同溶剂形成的器件、在碱性溶液环境中形成的器件和由长烷基链BA形成的器件。

为了提高BASAM的成型性，使用广泛使用的乙醇溶以及碱性溶剂进行了化学吸附过程，从而产生了有趣的结果，BA改性电极的润湿角和表面形貌以及UPS能量分布测量结果表明，由于碱性乙醇溶剂的作用和BA材料的分子间相互作用力，形成了良好的形状。

此实验中测量了电流密度、亮度和电压，接触界面对BASAM修饰的ITO尾组空穴传输层的影响，在乙醇溶剂中形成的BASAM的导通电压为2-3 V。MUA和MPA-BASAM表现出比裸器件高2-3倍的亮度和2倍的驱动电压。

基于能级对准图和装置物理参数图，合理假设孔传输现象是通过隧穿机制发生的。换句话说，确认有序的BA在阳极和HTL之间形成了一条隧道，此外，通过增加费米和HOMO能级之间距离更近的孔的密度，器件性能显着提高，从而增加了隧穿的概率。

设备的光学参数及其与根据UPS能量分布计算的隧道屏障的强直接相关性证实了我，换句话说，MPA隧道屏障为0.13 eV，其次是0.41 eV的MUA和0.26 eV的MHDA。

短链长度是隧道掘进的有利条件，可按MUA>MHDA>MPA顺序提高设备的性能，结果随着烷基链长度的增加而降解。

基于能级对准图和装置物理参数图，合理假设孔传输现象是通过隧穿机制发生的，通过增加费米和HOMO能级之间距离更近的孔的密度，器件性能显着提高，从而增加了隧穿的概率。

光学参数及其与根据UPS能量分布计算，MPA隧道屏障为0.13 eV，其次是0.41 eV的MUA和0.26 eV的MHDA，短链长度是隧道掘进的有利条件，可按MUA>MHDA>MPA顺序提高设备的性能。