斯坦福大学鲍哲南教授课题组：非共轭隔离链段的柔性程度对聚合物半导体的机械性能和电子性能的影响
电子皮肤模拟人类皮肤的性质，在可穿戴电子器件、机器人、健康监测等方面发挥作用。电子皮肤要求晶体管具有拉伸性和耐用性，因此晶体管要求半导体具有高拉伸性和高耐用性。聚合物半导体柔软、迁移率适中、可溶液加工，适合用于可拉伸电子器件，但大多数聚合物半导体不具有拉伸性，而且机械性能和电子性能不能达到平衡。因此，开发具有拉伸性的聚合物半导体，同时电子性能不显著降低，是一大挑战。尽管在聚合物半导体中引入非共轭隔离链段能改善拉伸性，但非共轭隔离链段的柔性程度对机械性能和电子性能的影响还没被深入研究。
近日，斯坦福大学鲍哲南教授、Jaewan Mun在著名学术期刊Adv. Funct. Mater.上发表了题为Effect of Nonconjugated Spacers on Mechanical Properties of Semiconducting Polymers for Stretchable Transistors的文章。该文研究了柔性程度、长度不同的3种非共轭隔离链段，发现更长的、柔性程度更高的非共轭隔离链段能提高聚合物半导体的韧性，降低聚合物半导体的弹性模量，同时聚合物半导体的迁移率没受到很大的影响，同时用最合适的聚合物半导体制备了可完全拉伸的晶体管。上述结果表明了在共轭聚合物中引入非共轭隔离链段能有效地调控机械性能，同时不会显著地牺牲电子性能。
图1.含有10 mol%的非共轭隔离链段的基于吡咯并吡咯二酮的(DPP-based)的半导体聚合物的（a）结构，（b）分子量、分子量分布指数、聚合度，（c）弹性模量（红）和裂纹起始应变（蓝）
图2 半导体聚合物（Ref-DPP, DBB-DPP,C6-DPP, C12-DPP）的储能模量（黑）、损耗模量（红）、损耗因子（蓝）
图3 Ref-DPP, DBB-DPP,C6-DPP, C12-DPP的掠入射X射线衍射图
图4 （a） Ref-DPP, DBB-DPP,C6-DPP, C12-DPP的场效应迁移率（红）和相对结晶度（蓝）；（b）顶接触底栅晶体管的结构
图5 （a）有机场效晶体管的制作过程；（b）Ref-DPP, DBB-DPP,C6-DPP, C12-DPP的二色性比；（c,d）Ref-DPP, DBB-DPP,C6-DPP, C12-DPP的和应变方向平行（c）和垂直（d）的方向的的归一化的场效应迁移率；（e,f）Ref-DPP和C12-DPP被重复拉伸后的和应变方向平行（c）和垂直（d）的方向的的归一化的场效应迁移率
图6 （a）应变达到50%的可完全拉伸的晶体管；（b）可完全拉伸的晶体管的结构；（c）不同应变的可完全拉伸的晶体管的场效迁移率，R代表恢复100%应变；（d）多次50%应变后的可完全拉伸的晶体管的场效迁移率
作者研究了非共轭隔离链段的柔性程度对聚合物半导体的机械性能和电子性能的影响，发现这些链段能调控聚合物半导体的机械性能和使聚合物半导体保持高迁移率，测试了聚合物半导体发生应变后的性能，制备了可完全拉伸的晶体管，为聚合物半导体的性能的优化进一步打下理论基础。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.201804222
来源：材料人网
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