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首个自愈合弹性半导体问世:电脑可以穿在身上

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斯坦福大学研究职员通过将刚性半导体聚合物与柔性质料联合,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,能够用于可穿着装备、电子皮肤以致柔性机械人。

首个自愈合弹性半导体问世,仿生可穿着装备实现里程碑式突破

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质料)。

为解决这个难题,研究职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);然后,在不改变聚合物整体导电性能的条件下,替换掉5%~10%的DPP,通过淘汰碳键的数目使质料变得更软;最后,研究职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。由此获得了一种全新的质料。拉伸这种新质料时,内里的化学键会断开吸收机械能,而应力释放时,这些键又会重新联合起来。

研究职员表现,制作弹性半导体聚合物一直以来都是个难题。弹性质料的典型设计规则是让质料更软、结晶度更低。但一样平常的高性能半导体聚合物,都需要高度结晶且硬度较高,导致质料硬且脆,容易碎裂。

这种弹性晶体管质料由两部门组成:一是刚性的半导体,二是毗连这些半导体的无定形链。拉伸时,无定形链间由氢键毗连,缩短时氢键断裂吸收机械应力。该质料经由1000次拉伸循环后(拉伸至双倍尺寸又重新缩回),最先泛起一些裂纹,导电性也稍微降低。但使用溶剂蒸汽处置惩罚150℃的热板上加热之后,该质料可以自我愈合,而且险些完全恢回复本的导电性能。

克日,美国斯坦福大学研究职员首次制备出一种可用于制作晶体管的可自愈弹性聚合物,为新一代可穿着装备开发了门路,相关论文日前在《自然》期刊揭晓,《自然》同期谈论文章中表现,该研究实现了庞大有机电子外貌模拟人类皮肤,是仿生学生长的一座里程碑。

可伸缩聚合物导体和绝缘体质料早已获得普遍应用,而合成具有可拉伸性子的半导体是天下首例,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”进新型高分子质料中,实现了质料学、仿生学和电子学的重大突破,为新一代类皮肤可穿着装备研制奠基基础。(中国船舶工业综合手艺经济研究院 志伟)

资料图:类皮肤弹性半导体

研究职员已经使用该聚合物制造出可以穿着在肘部和踝部的弹性晶体管。研究团队正在从事将这种质料纳入传感器的研究,希望以后能开发出柔性可穿着显示器。

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发布时间:2017-10-22 08:05:32

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