芝加哥大学王思泓教授团队 Nat. Commun.：超柔软可拉伸有机电子器件

以往的可拉伸电子器件通常强调其拉伸性以及循环拉伸条件下的稳定性。然而，考虑到与柔软的生物组织集成情形，现有的可拉伸电子器件与生物组织仍有着较大的模量差异。这种差异会影响到集成界面的稳定性，乃至在植入条件下的免疫排斥反应。然而降低可拉伸电子器件的模量并不容易，尤其在有源器件（例如晶体管）中，因为其本征的高模量而更加困难。

近期， 芝加哥大学王思泓教授团队 （第一作者为博士生 李阳 ）针对可拉伸电子器件提出了一种新颖的设计方案，通过在高分子导体、高分子半导体功能层与超柔软水凝胶基底之间添加一层弹性体中间层，从而保持功能层拉伸性的同时降低器件整体模量。通过这种特殊设计，该团队展示了模量低于 10 kPa 的可拉伸场效应晶体管阵列，其柔软度比已报道的可拉伸晶体管器件低了两个数量级。

通常来讲，薄膜材料间的模量差异会影响材料内部裂纹的生长与传播过程。因此，基底材料的选择通常受到功能层的影响而不得不使用模量较大的弹性体。然而通过柔性中间层的加入，这种限制将会得到较大的改善，用作基底的材料也可以使用超低模量的弹性体。通过研究发现，即使插入薄至1微米的中间层，可拉伸半导体在超柔软基底上的拉伸性都能得到巨大的提升。

基于这种设计，该团队将可拉伸晶体管器件的模量降低至 1 4.4  k Pa ，   并且通过针对中间层的特殊图案设计，可拉伸晶体管阵列的模量更是低至 5 .2  kPa 。这比目前报道过的可拉伸晶体管低了两个数量级。

得益于器件的超低模量特性，这种超软电子器件在适应不规则表面方面表现出更优异的性能，还能极大程度地减少了器件对贴附表面的运动的限制。基于这种设计的超柔软器件在体内生物相容性测试中也证明了抑制长期植入的免疫排斥反应，并且在对孤立心脏的电生理记录实验中表现出了更加优越的稳定性以及减少对跳动小鼠心脏的干预。

这一创新对于未来柔性电子学领域具有重要意义，为开发更灵活、适应性更强的电子设备提供了新的思路。随着该团队的研究不断深入，相信这些超柔软有机电子机器将在生物医学、可穿戴技术和智能皮肤等领域发挥出更多潜力，为人们的日常生活带来更多便利与创新。

原文链接

https://www.nature.com/articles/s41467-023-40191-3

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