东华大学【综述】柔性半导体纤维与电子器件研究进展

近日，东华大学素材科学与工程学院特聘研究员王刚应邀在美国化学学会旗下顶级期刊Chemical Reviews（IF: 72.087）发表了题为Soft Fiber Electronics based on Semiconducting Polymer（基于半导体聚合物的柔性纤维电子）的综述文章，东华大学为唯一通讯单位。

纤维贯穿于人类文明的整个发展历程，纤维的进化史就是人类科技的演变史。随着量子物理学和电子能带结构理论的发展，晶体管等半导体器件和集成电路的出现推动社会进进了信息化时代。半导体聚合物素材的发展赋予了传统纤维与纺织品各种新兴电子功能，使之得以使用于元宇宙、增强现实、人工智能和聪明医疗等领域中。该综述系统性地介绍和讨论了半导体聚合物纤维和纺织品的素材体系、加工技术、器件机理、使用领域、规模化制造及商业化发展，并对潜在难点的解决方案和未来的发展方向进行了全面的阐述。编辑和审稿人评判该综述论文是对柔性半导体纤维电子领域的首次系统性论述与总结，对半导体聚合物纤维器件领域的发展具有积极的推动作用。

图1. 基于半导体聚合物的柔性纤维电子

该综述首先回忆了基于半导体聚合物纤维电子学的最新研究进展，依据不同纤维器件的基本概念和光电功能，从素材体系和器件结构等方面概述了半导体聚合物纤维器件的发展现状。通过分析现有半导体聚合物基纤维及织物电子器件在信息接口、医疗保健和医学以及能量转换和存储等领域的使用，总结了各类半导体聚合物基纤维器件的工作原理与性能参数，同时对未来素材体系的优化和器件结构的改良提出了意见与意见。

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图2. 各种基于半导体聚合物的纤维器件的结构和机理

随后，该综述进一步系统地讨论了纤维器件的制造技术，针对半导体聚合物特殊的物化特性，介绍并总结了1D半导体聚合物纤维电子器件中所面临的难以连续制造和稳定性差等各类要害性问题及主流的解决方案。同时对1D纤维器件的制备、集成和使用的发展前景进行了阐述，并对2D和3D集成织物系统的架构设计与制造策略进行了深度地探讨。

图3. 半导体聚合物纤维和纺织品的制造策略

最后，综述从新型纤维成型半导体聚合物素材的设计、异质结构中鲁棒界面的引进、多外场辅助下器件的制造、多器件系统级的互联和市场导向的发展策略等方面进行了多层次全方面的总结与展看，该综述为半导体聚合物纤维电子学的后续研究工作提供了体会总结与新的构思。

图4. 半导体聚合物纤维器件的挑战和前景

进职东华大学以来，特聘研究员王刚围绕“半导体纤维与电子器件”这一领域已经开展了一系列相关工作，初步形成了研究特色。代表性工作有：基于高精度混合流打印技术的聚合物半导体纤维薄膜基电子器件（Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2020, 117, 202000398）；基于一体化精美流体加工的单纤维电化学晶体管（Adv. Electron. Mater., 2021, 7, 2100231）；面向人机界面的多维度电子纤维及织物（J. Mater. Chem. C, 2022, 10, 13930；新锐科学家专刊）；面向神经工程的电子-离子杂化半导体纤维（Nat. Commun., 2023, accepted）。

东华大学作为唯一通讯单位，研究成果得到了中心高校基本科研业务费专项资金项目、国家自然科学基金、上海市科委科技创新行动计划的支持。该综述得到了东华大学朱美芳院士等的指挥。

来源：东华大学

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