物質(zhì)存在的形式多種多樣，固體、液體、氣體、等離子體等等。我們通常把導(dǎo)電性差的材料，如煤、人工晶體、琥珀、陶瓷等稱為絕緣體。而把導(dǎo)電性比較好的金屬如金、銀、銅、鐵、錫、鋁等稱為導(dǎo)體?？梢院唵蔚陌呀橛趯?dǎo)體和絕緣體之間的材料稱為半導(dǎo)體。與導(dǎo)體和絕緣體相比，半導(dǎo)體材料的發(fā)現(xiàn)是最晚的，直到20世紀(jì)30年代，當(dāng)材料的提純技術(shù)改進(jìn)以后，半導(dǎo)體的存在才真正被學(xué)術(shù)界認(rèn)可。

半導(dǎo)體是指在常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。半導(dǎo)體是指一種導(dǎo)電性可控，范圍從絕緣體到導(dǎo)體之間的材料。從科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度 來看，半導(dǎo)體影響著人們的日常工作生活，直到20世紀(jì)30年代這一材料才被學(xué)術(shù)界所認(rèn)可。

近年來，柔性半導(dǎo)體正成為未來電子產(chǎn)品發(fā)展的新趨勢。不同于傳統(tǒng)剛性電子產(chǎn)品，柔性半導(dǎo)體產(chǎn)品能在一定范圍的形變條件下正常工作，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品與芯片，因其材料優(yōu)異的穩(wěn)定性和電氣性能而備受芯片制造商的青睞，但也正因它們這種特性，導(dǎo)致其無法彎曲、折疊、扭轉(zhuǎn)、壓縮、拉伸，這樣極大的限制了它們應(yīng)用的潛力。

開發(fā)具有高遷移率的可拉伸橡膠半導(dǎo)體，是發(fā)展能與生物組織無縫集成的柔性晶體管及電路的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的使不可拉伸半導(dǎo)體變得可拉伸的策略主要包括設(shè)計(jì)面外褶皺、面內(nèi)彎曲、kirigami等特殊結(jié)構(gòu)，然而半導(dǎo)體并不具備本征可拉伸性。使用在聚合物主鏈引入柔性基團(tuán)或在橡膠體中共價嵌入半導(dǎo)體聚合物等分子設(shè)計(jì)方法可以制備本征可拉伸的半導(dǎo)體，然而該方法需要復(fù)雜的有機(jī)合成手段。通過混合半導(dǎo)體聚合物和彈性基質(zhì)可以制備類似橡膠的可拉伸復(fù)合材料，然而，這種方法仍只適用于構(gòu)造特定微觀結(jié)構(gòu)。此外，將半導(dǎo)體納米線或納米纖維嵌入橡膠基體制備可拉伸復(fù)合材料的方法也不具備普適性。

美國賓夕法尼亞州立大學(xué)(Pennsylvania State University)的余存江(Cunjiang Yu)教授課題組近期以“Elastic electronics based on micromesh-structuredrubbery semiconductor films”為題在Nature Electronics上報(bào)道了一種基于橫向相分離誘導(dǎo)微網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的橡膠半導(dǎo)體薄膜。通過旋涂兩種聚合物的共混溶液并實(shí)現(xiàn)橫向相分離，可以獲得具有連續(xù)富半導(dǎo)體相和孤立富彈性體相的微網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。這種微網(wǎng)格結(jié)構(gòu)橡膠半導(dǎo)體同時具備有效的電荷傳輸和機(jī)械拉伸能力。通過混合不同聚合物，文中實(shí)現(xiàn)了p型和n型的橡膠半導(dǎo)體薄膜的制備，并展示在50%的機(jī)械應(yīng)變下，由該薄膜制成的橡膠晶體管、互補(bǔ)反相器和雙層異質(zhì)結(jié)光電探測器仍具備穩(wěn)定性能。

而近日，賓夕法尼亞州立大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃通過一種新的制造方法使該過程更容易、更便宜。

他們于 11 月 28 日在Nature Electronics上發(fā)表了他們的方法。

該過程被稱為橫向相分離誘導(dǎo)微網(wǎng)格 (LPSM) 策略，涉及混合半導(dǎo)體和彈性體(或橡膠)并旋涂液體混合物前體以制造橡膠狀半導(dǎo)體薄膜。旋涂薄膜自動觸發(fā)一種稱為橫向相分離的機(jī)制，可在幾秒鐘內(nèi)生成微網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

工程科學(xué)與力學(xué)副教授、生物醫(yī)學(xué)工程和材料科學(xué)與工程副教授 Dorothy Quiggle 職業(yè)發(fā)展副教授 Dorothy Quiggle Yu 表示，類似于籃子編織的微網(wǎng)材料是允許機(jī)械拉伸的組成部分。

“用于制造彈性半導(dǎo)體的 LPSM 薄膜有望同時實(shí)現(xiàn)高效的電荷傳輸和機(jī)械拉伸性，”Yu 說。

研究人員使用 LPSM 方法創(chuàng)建了p 型和 n 型半導(dǎo)體，其主要載流子分別是空穴和電子。Yu 表示，使用這兩種半導(dǎo)體類型，研究人員創(chuàng)造了晶體管、逆變器和光電探測器等軟電子設(shè)備，這些設(shè)備可以在很大程度上拉伸同時保持功能。此外，研究人員還創(chuàng)造了一種稱為心外膜貼片的橡膠狀生物電子設(shè)備，并將其植入嚙齒動物體內(nèi)。

“當(dāng)老鼠的心臟隨著心跳擴(kuò)張和收縮時，完全由橡膠制成的心外膜貼片也隨之移動，”Yu 說。“我們用貼片同時記錄了多個電生理讀數(shù)通道。在心臟的多個部位進(jìn)行記錄對于識別心律失常等心臟問題很重要?！?

Yu 表示，展望未來，研究人員希望進(jìn)一步優(yōu)化 LPSM 工藝并研究半導(dǎo)體材料的詳細(xì)特性。他們還計(jì)劃在各種高性能集成電子和功能系統(tǒng)中使用 LPSM 半導(dǎo)體薄膜。