斯坦福大学研究人员制备出一种可自愈合的弹性半导体聚合物
通过将刚性半导体聚合物与较软的材料结合在一起，斯坦福大学的一组研究人员制作出了像人体皮肤一样可以拉伸、形成褶皱、自我愈合的半导体，能够用于可穿戴设备、电子皮肤乃至柔性机器人。
这种新的聚合物在拉伸到原来尺寸的两倍以后，仍然保持原有的导电性能，与非晶硅的导电性能一致（非晶硅是制作控制液晶显示像素的晶体管阵列时会用到的材料。
斯坦福大学化学工程师、研究项目负责人鲍哲南在接受 c&en 采访时表示，制作弹性半导体聚合物一直以来都是个难题。“弹性材料的典型设计规则是让它们更软、更少结晶。” 但作为高性能半导体聚合物，一般需要高度结晶而且很硬，因此容易碎裂。
研究人员用两种方法克服了这些难题。他们一开始使用含有二酮吡咯并吡咯（DPP）单元的聚合物——DPP 中大量的碳键使其很硬、很多结晶。接着，在不改变聚合物整体导电性能的前提下，替换掉 5%~10% 的DPP，减少碳键的数量，让材料变得更软。然后，研究人员再往其中加入另外一种更软、很容易形成氢键的弹性聚合物。由此得到了一种全新的材料。拉伸这种新材料时，里面的化学键会断开吸收机械能，而应力释放时，这些键又会重新结合起来。
这种弹性晶体管由两部分组成：一是刚性的半导体，二是连接这些半导体的无定形链。拉伸时，无定形链间由氢键连接，收缩时氢键断裂吸收机械应力。来源：Nature/cen.acs.org
伊利诺伊大学材料科学家 John Rogers 在接受 c&en采访时表示：“弹力力学和高效电荷传输通常不会出现在一起。” 斯坦福大学团队开发出了“看上去兼具这两种性能的巧妙化学物质”。
在经过 1000 次拉伸循环后（拉伸至双倍尺寸又重新缩回），这种新材料开始出现一些裂纹，导电性也轻微降低。不过，使用溶剂蒸汽处理150℃的热板上加热之后，该材料可以自我愈合，并且几乎完全恢复原本的导电性能。研究人员使用该聚合物制造出可以穿在肘部和踝部的弹性晶体管。研究负责人 Bao 称，其团队正在从事将这种材料纳入传感器的研究，希望以后能开发出显示器。
可伸缩聚合物导体和绝缘体已经存在，“主要的挑战是合成一个具有可拉伸性质的半导体。”供职于 UCLA 从事可伸缩电子学研究的 Qibing Pei 告诉 c&en：“现在，这个问题看来已经被斯坦福的研究人员破解了。”
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部分资料来源：新智元
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