下一代可穿戴电子产品需要更强的机械稳定性和设备复杂性。除了先前报道的柔性和延展性外，其实际应用的预期优点还包括弹性、耐溶剂性、易成型性和高载流子迁移率等。
近日，斯坦福大学鲍哲南院士报道了提出了一种分子设计概念，它可以同时在聚合物半导体（PSC）和电介质中实现所有上述目标特性，而不会影响电性能。
文章要点
1）研究人员合理设计出共价嵌入原位橡胶基体（iRUM）形成的单一前驱体，它可以与相应的电子材料进行无限比例的自交联和交联，以实现PSC和介电材料的所有目标性能。简而言之，对于半导体，一种由全氟苯叠氮化物（PFPA）末端封端的聚丁二烯，BA组成的IrUM前体被设计成能够实现以下关键特征：i）BA灵活的主链结构和相容的表面能（30.4 MJ/m2）使其与PSC（30-33 MJ/m2）以较高的BA/PSC比很好地混合（不形成微米级的大的分离磁畴），从而获得较高的交联密度。ii）BA可以通过叠氮/C=C环加成自交联生成可伸缩的弹性基质，从而形成“橡胶中的半导体”复合膜；iii）BA的叠氮基还可以通过叠氮/C-H插入与聚合物半导体上的烷基侧链反应并交联，BA和PSC之间形成的共价键对于其耐溶剂性和光成型性至关重要；iv）由于环化反应的速度是叠氮/C-H插入反应的7倍，更高比例的BA进行了（ii）中描述的自交联，而不是（iii）中与PSC的交联， 因此，PSC的聚集几乎没有被破坏，从而维持了电荷传输路径。
2）实验结果显示，当应用于可拉伸晶体管时，iRUM半导体薄膜在拉伸到100%应变后仍保持其迁移率，在50%应变下拉伸1000次释放循环后，其迁移率保持达到创纪录的1 cm2 V−1 s−1。循环寿命稳定延长至5000次，是所有报道半导体的5倍。
3）研究人员通过对介电层和半导体层的连续光图案化来制造弹性晶体管，展示了溶液处理多层器件制造的潜力。
这种iRUM有望成为用于仿生皮肤电子产品的强大分子级设计方法。
参考文献
Zheng, Y., Yu, Z., Zhang, S. et al. A molecular design approach towards elastic and multifunctional polymer electronics. Nat Commun 12, 5701 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-25719-9
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25719-9
