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隨著材料科學(xué)和器件技術(shù)的發(fā)展，可拉伸元件和柔性顯示器因在下一代可穿戴和可植入式電子器件中的潛在應(yīng)用而備受關(guān)注。具有單體結(jié)構(gòu)可調(diào)、區(qū)域分子協(xié)同、本征柔性等特點的聚合物半導(dǎo)體材料，發(fā)揮著重要作用，并逐漸成為實現(xiàn)多功能應(yīng)用的重要元件之一。特別是，具有獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)、機(jī)械和化學(xué)特性的多功能集成聚合物半導(dǎo)體的分子設(shè)計與開發(fā)，對先進(jìn)和新興制造技術(shù)頗為重要。而通過多級制造實現(xiàn)多功能應(yīng)用是有機(jī)半導(dǎo)體領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)之一。

前期，中國科學(xué)院化學(xué)研究所有機(jī)固體院重點實驗室劉云圻課題組在高遷移率聚合物半導(dǎo)體材料的研究中取得一系列進(jìn)展。

近期，該課題組發(fā)展了集成本征可拉伸、高遷移率和強(qiáng)發(fā)光的新型多功能聚合物半導(dǎo)體的分子設(shè)計方法。該研究通過優(yōu)化含有吡啶[1,2,3]三氮唑-噻吩結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑單元，得到了一系列具有全骨架共平面性和偶聯(lián)反應(yīng)選擇性的區(qū)域規(guī)整型四元聚合物。研究顯示，區(qū)域規(guī)整的共軛骨架有助于聚合物分子鏈的緊密堆積。動態(tài)力學(xué)測試、薄膜彈性體測試和二維掠入射廣角X射線衍射實驗表明，多功能集成四元聚合物半導(dǎo)體具有較低的彈性模量、超過100%的裂紋起始應(yīng)變、優(yōu)異的結(jié)晶度和均勻分布的短程有序聚集體。研究以玻璃作為襯底制備了頂柵底接觸型OFET器件來探討其電學(xué)性能。測試結(jié)果表明，聚合物半導(dǎo)體具有高的遷移率。此外，研究以聚二甲基硅氧烷作為襯底制備了全可拉伸OFET器件，證明了材料的可拉伸性，以及聚合物半導(dǎo)體表現(xiàn)出高效的載流子傳輸和高的機(jī)械可逆性。為進(jìn)一步提高聚合物的發(fā)光性能，有效保持初始的機(jī)械和電學(xué)性能，研究首次提出了同源共混策略。共混材料兼具優(yōu)異的遷移率和量子產(chǎn)率。該工作實現(xiàn)了將優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)和力學(xué)的性能集成到同一分子體系中，促進(jìn)了多功能聚合物半導(dǎo)體的發(fā)展。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上，并被選為該期插頁。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃以及中國科學(xué)院的支持。

論文鏈接

集成本征可拉伸、高遷移率和強(qiáng)發(fā)光的多功能聚合物半導(dǎo)體的設(shè)計簡圖

《先進(jìn)材料》插頁