電腦終於能夠穿在身上啦–首個自癒合彈性半導體問世

斯坦福大學研究人員經過將剛性半導體聚合物與柔性材料結合，製做出了像人體皮膚同樣能夠拉伸、造成褶皺、自我癒合的半導體，可以用於可穿戴設備、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之後，仍然保持原有的導電性能，與非晶硅的導電性能一致（非晶硅是製做控制液晶顯示像素的晶體管陣列時會用到的材料）。

資料圖：類皮膚彈性半導體

研究人員表示，製做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材料更軟、結晶度更低。但通常的高性能半導體聚合物，都須要高度結晶且硬度較高，致使材料硬且脆，容易碎裂。

爲解決這個難題，研究人員首先使用含有二酮吡咯並吡咯（DPP）單元的聚合物（DPP中大量的碳鍵使其硬度和結晶度高）；而後，在不改變聚合物總體導電性能的前提下，替換掉5%~10%的DPP，經過減小碳鍵的數量使材料變得更軟；最後，研究人員再往其中加入另一種更軟、很容易造成氫鍵的彈性聚合物。由此獲得了一種全新的材料。拉伸這種新材料時，裏面的化學鍵會斷開吸取機械能，而應力釋放時，這些鍵又會從新結合起來。

這種彈性晶體管材料由兩部分組成：一是剛性的半導體，二是鏈接這些半導體的無定形鏈。拉伸時，無定形鏈間由氫鍵鏈接，收縮時氫鍵斷裂吸取機械應力。該材料通過1000次拉伸循環後（拉伸至雙倍尺寸又從新縮回），開始出現一些裂紋，導電性也輕微下降。但使用溶劑蒸汽處理150℃的熱板上加熱以後，該材料能夠自我癒合，而且幾乎徹底恢復本來的導電性能。

研究人員已經使用該聚合物製造出能夠穿戴在肘部和踝部的彈性晶體管。研究團隊正在從事將這種材料歸入傳感器的研究，但願之後能開發出柔性可穿戴顯示器。

可伸縮聚合物導體和絕緣體材料早已獲得普遍應用，而合成具備可拉伸性質的半導體是世界首例，斯坦福大學團隊將高彈性、自癒合和高效電荷傳輸性能「集成」進新型高分子材料中，實現了材料學、仿生學和電子學的重大突破，爲新一代類皮膚可穿戴設備研製奠基基礎。

 

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