高弹性半导体聚合物的制备及其在可延展电子中的应用

可延展电子以其独特的延展性在电子眼、电子皮肤、智能手术手套、人造器官、飞机机翼和生物医疗设备等领域具有广泛的应用前景。但目前的半导体材料延展能力有限，无法直接制备可延展电子器件。为此，本项目提出根据热塑弹性体的原理，以半导体聚合物P3HT为硬段，低玻璃化温度的聚合物（如聚丙烯酸丁酯、聚丁二烯等）为软段，制备半导体－橡胶－半导体（SRS）三嵌段共聚物；研究共聚物的分子链结构、相形态结构与共聚物薄膜力学性能、电学性能之间的关系；通过相形态结构调控，使共聚物中的半导体相形成纳米纤维网络，均匀分散在橡胶基体中；利用纳米纤维网络优异的延展能力和载流子传输能力，开拓一种高弹性高电性能半导体聚合物材料。这种新型半导体材料的设计具有源头创新性，对发展低成本、大面积的可延展柔性电子技术具有重要意义。

制备高性能高弹性的有机半导体材料及器件是有机电子科学领域当前面临的重要挑战之一。我们提出了根据热塑弹性体的原理，设计并制备SRS 三嵌段共聚物弹性半导体聚合物材料的概念。应用“点击”化学偶联法制备了P3HT-b-PMA-b-P3HT三嵌段共聚物，研究了嵌段比例、分子量、成膜方法及退火温度对三嵌段共聚物自组装形貌的影响，探讨了薄膜形貌结构对电学性能的影响，研究了器件在不同拉伸比例下电学性能的变化。为提高三嵌段共聚物的合成效率和纯度，发展了一种以Ni（dppp)cl2为催化剂，顺序聚合噻吩联烯单体的活性/可控高效合成P3HT-b-PHA-b-P3HT三嵌段共聚物的方法。通过调控噻吩单体和联烯单体的物质的量比，制备得到一系列噻吩联烯嵌段比不同的共聚物。为解决P3HT三嵌段共聚物电学性能较差的问题，通过给体单元（donor）和受体（acceptor）单元共聚，获得了一系列高迁移率和环境稳定得新型半导体聚合物材料。系统研究了半导体/绝缘聚合物复合体系的膜相分离行为和相形态结构的调控技术，应用可控相分离技术发展了一系列制作器件的新方法，包括集半导体层的制备、栅绝缘层的制备于一次成膜过程的 “一步法”、用于制备高性能的喷墨印制有机晶体管的在位混合法、用于有机薄膜晶体管的低温熔融聚合物共混物等。针对发展全弹性器件的需求，应用石墨烯制作了弹性电极，并制作了性能稳定的弹性应力传感器。项目执行期间共发表论文22篇，应邀在J. Mater. Chem.撰写综述一篇。申请6项发明专利，3项已授权。