电脑终于能够穿在身上啦–首个自愈合弹性半导体问世

斯坦福大学研究人员经过将刚性半导体聚合物与柔性材料结合，制做出了像人体皮肤同样能够拉伸、造成褶皱、自我愈合的半导体，可以用于可穿戴设备、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之后，仍然保持原有的导电性能，与非晶硅的导电性能一致（非晶硅是制做控制液晶显示像素的晶体管阵列时会用到的材料）。

资料图：类皮肤弹性半导体

研究人员表示，制做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材料更软、结晶度更低。但通常的高性能半导体聚合物，都须要高度结晶且硬度较高，致使材料硬且脆，容易碎裂。

为解决这个难题，研究人员首先使用含有二酮吡咯并吡咯（DPP）单元的聚合物（DPP中大量的碳键使其硬度和结晶度高）；而后，在不改变聚合物总体导电性能的前提下，替换掉5%~10%的DPP，经过减小碳键的数量使材料变得更软；最后，研究人员再往其中加入另一种更软、很容易造成氢键的弹性聚合物。由此获得了一种全新的材料。拉伸这种新材料时，里面的化学键会断开吸取机械能，而应力释放时，这些键又会从新结合起来。

这种弹性晶体管材料由两部分组成：一是刚性的半导体，二是链接这些半导体的无定形链。拉伸时，无定形链间由氢键链接，收缩时氢键断裂吸取机械应力。该材料通过1000次拉伸循环后（拉伸至双倍尺寸又从新缩回），开始出现一些裂纹，导电性也轻微下降。但使用溶剂蒸汽处理150℃的热板上加热以后，该材料能够自我愈合，而且几乎彻底恢复本来的导电性能。

研究人员已经使用该聚合物制造出能够穿戴在肘部和踝部的弹性晶体管。研究团队正在从事将这种材料归入传感器的研究，但愿之后能开发出柔性可穿戴显示器。

可伸缩聚合物导体和绝缘体材料早已获得普遍应用，而合成具备可拉伸性质的半导体是世界首例，斯坦福大学团队将高弹性、自愈合和高效电荷传输性能“集成”进新型高分子材料中，实现了材料学、仿生学和电子学的重大突破，为新一代类皮肤可穿戴设备研制奠基基础。

 

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