近日，美国斯坦福大学研究人员首次制备出一种可用于制造晶体管的自修复弹性聚合物，为仿生可穿戴设备研究铺平道路新一代可穿戴设备。
相关论文近期发表在《自然》杂志上，《自然》同期发表评论文章称，这项研究实现了模仿人类皮肤的复杂有机电子表面，这是仿生学发展的里程碑。
通过将刚性半导体聚合物与柔性材料相结合，斯坦福大学的研究人员创造了可以像人类皮肤一样拉伸、形成皱纹和自我修复的半导体，可用于可穿戴设备、电子皮肤，甚至柔性机器人。
这种新型聚合物在拉伸到原来尺寸的两倍后，仍然保持原来的导电性能，与非晶硅（非晶硅是用来制造控制液晶显示像素的晶体管阵列的材料）的导电性能一致。
研究人员表示，制造弹性半导体聚合物长期以来一直是一个问题。
弹性材料的典型设计规则是使材料更软且结晶更少。
然而，一般高性能半导体聚合物需要高结晶度和高硬度，导致材料硬、脆、易破碎。
为了解决这个问题，研究人员首先使用了含有二酮吡咯并吡咯（DPP）单元的聚合物（DPP中大量的碳键使其坚硬且结晶）；然后，在不改变聚合物整体导电性能的情况下，接下来，替换5%至10%的DPP，通过减少碳键数量使材料变得更柔软；最后，研究人员添加了另一种更软的弹性聚合物，可以轻松形成氢键。
这产生了一种全新的材料。
当新材料被拉伸时，内部的化学键断裂以吸收机械能，当应力释放时，化学键重新结合。
弹性晶体管材料由两部分组成：刚性半导体和连接这些半导体的非晶链。
拉伸时，无定形链通过氢键连接，收缩时，氢键断裂以吸收机械应力。
材料经过拉伸循环（拉伸到其尺寸的两倍，然后收缩）后，开始出现一些裂纹，电导率略有下降。
但在经过溶剂蒸气处理的热板上加热后，该材料可以自我修复，几乎完全恢复原来的导电性能。
研究人员利用这种聚合物制造了可以佩戴在肘部和脚踝处的弹性晶体管。
研究团队正致力于将这种材料整合到传感器中，希望在未来开发出柔性可穿戴显示器。
可拉伸聚合物导体和绝缘体材料早已得到广泛应用，合成具有可拉伸性能的半导体属国际首创。
斯坦福大学团队将高弹性、自修复和高效电荷传输特性“融入”新型高分子材料中，在材料科学、仿生学和电子学方面取得重大突破，为开发新一代类肤可穿戴设备奠定了基础。