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  電子皮膚模擬人類皮膚的性質，在可穿戴電子器件、機器人、健康監(jiān)測等方面發(fā)揮作用。電子皮膚要求晶體管具有拉伸性和耐用性，因此晶體管要求半導體具有高拉伸性和高耐用性。聚合物半導體柔軟、遷移率適中、可溶液加工，適合用于可拉伸電子器件，但大多數(shù)聚合物半導體不具有拉伸性，而且機械性能和電子性能不能達到平衡。因此，開發(fā)具有拉伸性的聚合物半導體，同時電子性能不顯著降低，是一大挑戰(zhàn)。盡管在聚合物半導體中引入非共軛隔離鏈段能改善拉伸性，但非共軛隔離鏈段的柔性程度對機械性能和電子性能的影響還沒被深入研究。

  近日，斯坦福大學鮑哲南教授、Jaewan Mun在著名學術期刊Adv. Funct. Mater.上發(fā)表了題為Effect  of  Nonconjugated  Spacers  on  Mechanical  Properties   of   Semiconducting  Polymers  for  Stretchable  Transistors的文章。該文研究了柔性程度、長度不同的3種非共軛隔離鏈段，發(fā)現(xiàn)更長的、柔性程度更高的非共軛隔離鏈段能提高聚合物半導體的韌性，降低聚合物半導體的彈性模量，同時聚合物半導體的遷移率沒受到很大的影響，同時用最合適的聚合物半導體制備了可完全拉伸的晶體管。上述結果表明了在共軛聚合物中引入非共軛隔離鏈段能有效地調控機械性能，同時不會顯著地犧牲電子性能。

圖1.含有10 mol%的非共軛隔離鏈段的基于吡咯并吡咯二酮的(DPP-based)的半導體聚合物的（a）結構，（b）分子量、分子量分布指數(shù)、聚合度，（c）彈性模量（紅）和裂紋起始應變（藍）

圖2   半導體聚合物（Ref-DPP, DBB-DPP,C6-DPP,  C12-DPP）的儲能模量（黑）、損耗模量（紅）、損耗因子（藍）

圖3  Ref-DPP, DBB-DPP,C6-DPP,  C12-DPP的掠入射X射線衍射圖

圖4  （a） Ref-DPP, DBB-DPP,C6-DPP,  C12-DPP的場效應遷移率（紅）和相對結晶度（藍）；（b）頂接觸底柵晶體管的結構

圖5   （a）有機場效晶體管的制作過程；（b）Ref-DPP, DBB-DPP,C6-DPP,  C12-DPP的二色性比；（c,d）Ref-DPP, DBB-DPP,C6-DPP,  C12-DPP的和應變方向平行（c）和垂直（d）的方向的的歸一化的場效應遷移率；（e,f）Ref-DPP和C12-DPP被重復拉伸后的和應變方向平行（c）和垂直（d）的方向的的歸一化的場效應遷移率

圖6  （a）應變達到50%的可完全拉伸的晶體管；（b）可完全拉伸的晶體管的結構；（c）不同應變的可完全拉伸的晶體管的場效遷移率，R代表恢復100%應變；（d）多次50%應變后的可完全拉伸的晶體管的場效遷移率

  作者研究了非共軛隔離鏈段的柔性程度對聚合物半導體的機械性能和電子性能的影響，發(fā)現(xiàn)這些鏈段能調控聚合物半導體的機械性能和使聚合物半導體保持高遷移率，測試了聚合物半導體發(fā)生應變后的性能，制備了可完全拉伸的晶體管，為聚合物半導體的性能的優(yōu)化進一步打下理論基礎。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.201804222