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    斯坦福大學研究人員制備出一種可自愈合的彈性半導體聚合物
    2016-11-21  來源:中國聚合物網
    關鍵詞:自愈合 晶體管
      通過將剛性半導體聚合物與較軟的材料結合在一起,斯坦福大學的一組研究人員制作出了像人體皮膚一樣可以拉伸、形成褶皺、自我愈合的半導體,能夠用于可穿戴設備、電子皮膚乃至柔性機器人。
      這種新的聚合物在拉伸到原來尺寸的兩倍以后,仍然保持原有的導電性能,與非晶硅的導電性能一致(非晶硅是制作控制液晶顯示像素的晶體管陣列時會用到的材料。

      斯坦福大學化學工程師、研究項目負責人鮑哲南在接受 c&en 采訪時表示,制作彈性半導體聚合物一直以來都是個難題。“彈性材料的典型設計規則是讓它們更軟、更少結晶。” 但作為高性能半導體聚合物,一般需要高度結晶而且很硬,因此容易碎裂。

      研究人員用兩種方法克服了這些難題。他們一開始使用含有二酮吡咯并吡咯(DPP)單元的聚合物——DPP 中大量的碳鍵使其很硬、很多結晶。接著,在不改變聚合物整體導電性能的前提下,替換掉 5%~10% 的DPP,減少碳鍵的數量,讓材料變得更軟。然后,研究人員再往其中加入另外一種更軟、很容易形成氫鍵的彈性聚合物。由此得到了一種全新的材料。拉伸這種新材料時,里面的化學鍵會斷開吸收機械能,而應力釋放時,這些鍵又會重新結合起來。

    這種彈性晶體管由兩部分組成:一是剛性的半導體,二是連接這些半導體的無定形鏈。拉伸時,無定形鏈間由氫鍵連接,收縮時氫鍵斷裂吸收機械應力。來源:Nature/cen.acs.org

      伊利諾伊大學材料科學家 John Rogers 在接受 c&en采訪時表示:“彈力力學和高效電荷傳輸通常不會出現在一起。” 斯坦福大學團隊開發出了“看上去兼具這兩種性能的巧妙化學物質”。

      在經過 1000 次拉伸循環后(拉伸至雙倍尺寸又重新縮回),這種新材料開始出現一些裂紋,導電性也輕微降低。不過,使用溶劑蒸汽處理150℃的熱板上加熱之后,該材料可以自我愈合,并且幾乎完全恢復原本的導電性能。研究人員使用該聚合物制造出可以穿在肘部和踝部的彈性晶體管。研究負責人 Bao 稱,其團隊正在從事將這種材料納入傳感器的研究,希望以后能開發出顯示器。

      可伸縮聚合物導體和絕緣體已經存在,“主要的挑戰是合成一個具有可拉伸性質的半導體。”供職于 UCLA 從事可伸縮電子學研究的 Qibing Pei 告訴 c&en:“現在,這個問題看來已經被斯坦福的研究人員破解了。”

      原文鏈接:http://cen.acs.org/articles/94/i46/healable-polymer-stretchable-electronics.html

      http://www.nature.com/nature/journal/v539/n7629/full/539365a.html

    部分資料來源:新智元

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    (責任編輯:xu)
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