导读

近日，美国休斯敦大学在创造可拉伸的橡胶半导体方面取得重要进展，让可拉伸的电子器件离商业化又更近了一步。

背景

传统的电子产品与电子电路，会给我们一种“僵硬”的感觉。换句话说，它们是“刚性”的，无法弯曲、折叠、扭转、压缩、拉伸。这样不仅限制了它们的应用潜力，也会影响用户的体验。例如，人体皮肤是柔软的，佩戴这些刚性的电子产品时，人们自然会感到一些不适。

（图片来源：维基百科）

近年来，作为一个交叉学科的新兴领域，柔性电子正成为未来电子产品发展的新趋势。不同于传统刚性电子产品，柔性电子产品能在一定范围的形变（弯曲、折叠、扭转、压缩、拉伸）条件下正常工作。柔性电子在医疗器件、机器人、显示器、传感器、可穿戴设备、通信器件、存储器、电子皮肤等领域都有着广阔的应用前景。

柔性的触控传感器（图片来源：英属哥伦比亚大学）

柔性的超声波贴片（图片来源：HongjieHu）

柔性的石墨烯NFC天线（图片来源：GrapheneFlagship）

柔性的显示器(图片来源：日本东北大学)

然而，目前实现可拉伸的柔性电子器件的方法，存在工艺复杂，结构可靠性差，制作成本高等缺点。

针对上述问题，美国休斯敦大学机械工程系助理教授余存江（CunjiangYu）课题组在年曾取得一项重要科研进展。他们开发出新型橡胶半导体和导体材料，并且用这些材料制作成全橡胶晶体管，传感器以及机器人皮肤。

（图片来源:休斯敦大学）

（图片来源:休斯敦大学）

如今，橡胶已经广泛应用于我们生产和生活的各个方面，例如轮胎、手套、鞋子、手机套等。虽然橡胶最显著的特点就是富有弹性，但它一般是绝缘体，所以我们很难想象将橡胶与半导体联系到一起，然而余教授课题组在这方面进行了大胆的创新探索。

创新

近日，余教授课题组在年研究成果的基础上又取得了新进展。他们报告了可拉伸的电子器件方面的又一重大进展，让该领域离商业化又更近了一步。

（图片来源:休斯敦大学）

2月1日，在一篇发表于《科学进展（ScienceAdvances）》期刊上的论文中，他们概述了在创造可拉伸的橡胶半导体方面的重要进展，包括完全基于橡胶材料的集成电子器件、逻辑电路和阵列化的触觉感知皮肤。

橡胶晶体管阵列（图片来源：参考资料）

橡胶逻辑门（图片来源：参考资料）

全橡胶的触觉感知皮肤（图片来源：参考资料）

技术

余教授表示，这项研究将这个概念又推进一步，带来了更高的载流子迁移率以及集成电子器件。

研究人员们写道：“我们报告了具有高效载流子迁移率的橡胶半导体制成的全橡胶集成电子器件，它是通过将金属碳纳米管掺入到有机半导体纳米纤维渗透的橡胶半导体中制作而成的。载流子迁移率的提升，是通过提供高速路径来实现的，从而缩短了载流子的运输距离。”

高效载流子迁移率的可拉伸的橡胶晶体管，基于m-CNT掺杂的P3HT-NFs/PDMS。（图片来源：参考资料）

载流子迁移率，或者说，电子通过材料的速度，对于电子器件的成功运作来说非常关键，因为它支配了半导体晶体管放大电流的能力。

之前，可拉伸的半导体一直受制于低载流子迁移率，以及复杂的制造要求。这项研究中，研究人员们发现，将微量的碳纳米管掺入聚二甲基硅氧烷复合材料（P3HT）橡胶半导体中，有利于提升载流子迁移率。它提供了一条正如余教授所描述的“高速公路”，加速了半导体中的载流子输运。

价值

余教授表示，这项研究将导致机器人皮肤、植入式生物电子器件、人机接口等智能设备出现重要进展。

未来

余教授表示，未来的研究包括进一步提升载流子迁移率，构造更加复杂、分层且高度集成的数字电路，从而满足集成电路、生物医学以及其他应用的需求。

关键字

集成电路、机器人、柔性电子

参考资料

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