东京大学先端科学研究生院、材料创新研究中心、产业技术综合研究所AIST/东京大学先进操作数测量技术开放创新实验室（注 1），国立材料科学研究所国际纳米建筑中心（WPI-MANA）的联合研究小组开发出具有纳米级不规则性的“纳米磨砂玻璃”。研究发现，纳米磨砂玻璃表面即使在150℃的高温下也能长时间保持约1天的超亲水性，使得即使对于需要高温印刷的有机半导体也能生产大面积高质量的单晶薄膜。
对于使用墨水的印刷过程，亲水表面是合适的，因为它们使墨水易于扩散。即使在印刷有机半导体墨水以获得高质量的单晶薄膜时，也需要具有亲水表面的基板来将半导体墨水均匀地铺展在基板上。材料表面的亲水性是指其与水的润湿程度。当表面上的水形成一层薄薄的、铺展的薄膜而不是形成水滴时，可以说它是高度亲水的。通常，亲水性表面可以通过亲水性涂层（亲水性化学物质/化合物的薄涂层）、紫外线照射、等离子体处理等来获得。然而，亲水性往往会因染色而降低，从而难以持续保持亲水性。
这个研究小组是材料表面的轻微凹凸和表面润湿性（注2）9077_9311接触角（注3）小于3°。此外，还发现即使在150℃的高温下，这种超亲水状态也能维持一天左右（图2）。传统的亲水性涂层剂以及表面化学物种的改性作用，会导致表面化学物种因热等因素而劣化，从而难以维持亲水性。而纳米毛玻璃由于利用了材料表面凹凸结构的亲水特性，已能够显着抑制因热而导致的亲水性劣化。
有机半导体近年来得到了积极的研究，因为可以通过油墨印刷获得高质量的晶体薄膜。印刷有机半导体油墨时，具有亲水表面的基材对于提高油墨的润湿和铺展性能至关重要。此次，作为需要高温印刷的有机半导体的样板案例，我们验证了纳米磨砂玻璃表面高品质单晶薄膜的大面积生产。结果，我们成功制造了在150℃下用墨水印刷的n型有机半导体薄膜，其面积超过1平方厘米（比传统方法大约50倍）。使用该研究小组最近开发的半导体单晶薄膜转移方法在超亲水基板上创建半导体薄膜（东京大学新闻稿）https://wwwku-tokyoacjp/information/category/press/2808html) 使其可以应用于各种表面。当我们使用它制造器件并评估半导体薄膜的电性能时，很明显，所得薄膜表现出优异的电子传输性能（图3）。
超亲水纳米磨砂玻璃可以使用对环境影响低的工艺来制造，具有优异的表面光滑度，并且具有足够的透明度。在这项研究中，我们提出了其作为印刷有机半导体薄膜的模板基板的用途。另一方面，除了提高润湿性外，亲水表面还具有较高的防污性，因此有望用于多种领域，例如防止水渍。
这项研究成果发表在德国科学杂志《先进材料接口”将于 2021 年 3 月 29 日版发布。
这项研究是日本学术振兴会 (JSPS) 科学研究资助金“单晶有机半导体和柔性机械电子学中电子传导的巨大应力应变效应 (JP18J21908)”（研究员：竹谷淳一）的一部分。
图 1。(a) 未经处理的玻璃和 (b) 纳米磨砂玻璃表面的原子力显微镜图像。
图 2 纳米毛玻璃 (a) 制造工艺和 (b) 高温 (150 °C) 处理后水接触角的时间依赖性。
未处理玻璃和纳米磨砂玻璃在测量前均经过紫外线照射处理。
图 3。(a) 使用本研究中开发的纳米磨砂玻璃转移的 n 型有机半导体薄膜的偏振光显微照片。 (b) 所制造的有机场效应晶体管（OFET）的结构示意图。 (c) 所制造的 OFET 在饱和区的传输特性。漏极电压VD= 30 V，沟道长度L= 50 μm，沟道宽度W= 100 微米。根据特性估算出的电子迁移率为22 cm2V−1s−1。
Tatsuyuki Makita（研究时：东京大学前沿科学研究生院材料科学系博士生三年级）
Yoma Ninomiya（研究时：东京大学前沿科学研究生院材料科学系硕士二年级学生）
渡边俊一郎（东京大学前沿科学研究生院材料科学系副教授/
米乐m6官方网站、产业技术综合研究所/东京大学、先进操作数测量技术开放创新实验室、客座研究员）
Junichi Takeya（东京大学前沿科学研究生院材料科学系教授/
合作研究组织材料创新研究中心（MIRC）特聘教授/
米乐m6官方网站、产业技术综合研究所/东京大学、先进操作数测量技术开放创新实验室、客座研究员/
国立材料科学研究所、国际纳米结构研究中心 (WPI-MANA) MANA 首席研究员（交叉任命）
杂志名称：“先进材料接口” （网络版：3月29日）
论文标题：纳米磨砂玻璃作为超亲水模板用于印刷高性能有机单晶薄膜
作者：Tatsuyuki Makita、Yoma Ninomiya、Shohei Kumagai、Toshihiro Okamoto、Mari Sasaki、Shun Watanabe* 和 Jun Takeya*