记者：Katherine Bourzac

评论： Siegfried Bauer & Martin Kaltenbrunner

译者：闻菲、徐红

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　　【新智元导读】斯坦福大学研究人员制备出一种可用于制作晶体管的弹性聚合物，这种聚合物在受损后能自我愈合。这是科学家第一次制作出弹性半导体，为新一代可穿戴设备开辟了道路，相关论文日前在 Nature 发表。两位从事软物质物理研究的科学家在 Nature 同期评论文章中表示，该研究是在让复杂有机电子表面模仿人类皮肤的发展中的一座里程碑。

　　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 Zhenan Bao 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。”

　　柔性电子元件模拟人体皮肤的里程碑

　　（文／Siegfried Bauer & Martin Kaltenbrunner）生物体大多由具有伸展能力的软体物质制成，在受损时可以愈合。相比之下，日常电子设备主要由不能自我修复的硬性脆性材料制成。科学家希望缩小动画和数字世界之间的差距；而这将需要材料科学的新方法。

　　Oh 等人在刊于本期 Nature 的论文中报道了他们使用非共价键耦合机制，制备本身可拉伸和可延展的高性能有机半导体。这一成果使论文作者能够使用完全来自薄膜中的可拉伸材料制造晶体管，从而为制作新一代可穿戴电子设备开辟了道路。

　　1）从分子结构入手，制备自愈合导电聚合物