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東華大學(xué)朱美芳院士、王剛等《Chem. Rev.》綜述:基于半導(dǎo)體聚合物的柔性纖維電子
2023-02-18  來源:高分子科技

  纖維貫穿于人類文明的整個(gè)發(fā)展歷程,纖維的進(jìn)化史就是人類科技的演變史。隨著量子物理學(xué)和電子能帶結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,晶體管等半導(dǎo)體器件和集成電路的出現(xiàn)推動(dòng)社會(huì)進(jìn)入了信息化時(shí)代。半導(dǎo)體聚合物材料的發(fā)展賦予了傳統(tǒng)纖維與紡織品各種新興電子功能,使之得以應(yīng)用于元宇宙、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、人工智能和智慧醫(yī)療等領(lǐng)域。



  近日,東華大學(xué)朱美芳院士、王剛研究員應(yīng)邀在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)旗下Chemical ReviewsIF: 72.087)發(fā)表了題為Soft Fiber Electronics based on Semiconducting Polymer(基于半導(dǎo)體聚合物的柔性纖維電子)綜述文章,該系統(tǒng)性的綜述共計(jì)約5.7萬字,東華大學(xué)為唯一通訊單位。


  該綜述系統(tǒng)性地介紹和討論了半導(dǎo)體聚合物纖維和紡織品的材料體系、加工技術(shù)、器件機(jī)理、應(yīng)用領(lǐng)域、規(guī)模化制造及商業(yè)化發(fā)展,并對(duì)潛在難點(diǎn)的解決方案未來的發(fā)展方向進(jìn)行了全面的闡述。編輯和審稿人評(píng)價(jià)該綜述論文是對(duì)柔性半導(dǎo)體纖維電子領(lǐng)域的首次系統(tǒng)性論述與總結(jié),對(duì)半導(dǎo)體聚合物纖維器件領(lǐng)域的發(fā)展具有積極的推動(dòng)作用。 


1基于半導(dǎo)體聚合物的柔性纖維電子


  該綜述首先回顧了基于半導(dǎo)體聚合物纖維電子學(xué)的最新研究進(jìn)展,根據(jù)不同纖維器件的基本概念和光電功能,從材料體系和器件結(jié)構(gòu)等方面概述了半導(dǎo)體聚合物纖維器件的發(fā)展現(xiàn)狀。通過分析現(xiàn)有半導(dǎo)體聚合物基纖維及織物電子器件在信息接口、醫(yī)療保健和醫(yī)學(xué)以及能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)等領(lǐng)域的應(yīng)用,總結(jié)了各類半導(dǎo)體聚合物基纖維器件的工作原理與性能參數(shù),同時(shí)對(duì)未來材料體系的優(yōu)化和器件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)提出了意見與建議。 


2各種基于半導(dǎo)體聚合物的纖維器件的結(jié)構(gòu)和機(jī)理


  隨后,該綜述進(jìn)一步系統(tǒng)地討論了纖維器件的制造技術(shù),針對(duì)半導(dǎo)體聚合物獨(dú)特的物化特性,介紹并總結(jié)了1D半導(dǎo)體聚合物纖維電子器件中所面臨的難以連續(xù)制造和穩(wěn)定性差等各類關(guān)鍵性問題及主流的解決方案。同時(shí)對(duì)1D纖維器件的制備、集成和應(yīng)用的發(fā)展前景進(jìn)行了闡述,并對(duì)2D3D集成織物系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)與制造策略進(jìn)行了深度探討。 


3. 半導(dǎo)體聚合物纖維和紡織品的制造策略


  最后,綜述從新型纖維成型半導(dǎo)體聚合物材料的設(shè)計(jì)、異質(zhì)結(jié)構(gòu)中魯棒界面的引入、多外場(chǎng)輔助下器件的制造、多器件系統(tǒng)級(jí)的互聯(lián)和市場(chǎng)導(dǎo)向的發(fā)展策略等方面進(jìn)行了多層次全方面的總結(jié)與展望,該綜述為半導(dǎo)體聚合物纖維電子學(xué)的后續(xù)研究工作提供了經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與新的思路。 


4. 半導(dǎo)體聚合物纖維器件的挑戰(zhàn)和前景


  近年來,王剛研究員圍繞 “半導(dǎo)體纖維與電子器件”這一領(lǐng)域已經(jīng)開展了一系列相關(guān)工作,初步形成一定研究特色。代表性工作有基于高精度混合流打印技術(shù)的聚合物半導(dǎo)體纖維薄膜基電子器件Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2020, 117, 202000398);基于一體化精密流體加工的單纖維電化學(xué)晶體管(Adv. Electron. Mater., 2021, 7, 2100231);面向人機(jī)界面多維度電子纖維J. Mater. Chem. C, 2022, 10, 13930;新銳科學(xué)家?);面向神經(jīng)工程的電子-離子雜化半導(dǎo)體纖維Nat. Commun., 2023, accepted)。


  東華大學(xué)作為唯一通訊單位,研究成果得到了中央高;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市科委科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃的支持。論文合作者包括東華大學(xué)王宏志教授、余木火教授、孫恒達(dá)研究員、唐正研究員,四川大學(xué)馮良文研究員等。


  原文鏈接: https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.2c00720


作者介紹:

左一為王剛研究員


  王剛,研究員/博導(dǎo),入選“上?萍记嗄35人引領(lǐng)計(jì)劃”、國(guó)家青年特聘專家,擔(dān)任東華大學(xué)纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任助理,主要從事“基于精密流體控制的半導(dǎo)體纖維材料與器件”研究。在Nature Materials、PNAS、Chemical Reviews、Nature Communications等期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇,授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利15項(xiàng),PCT國(guó)際專利1項(xiàng)。主編“柔性電子與智能服裝”一書(Wiley出版社),擔(dān)任Q1區(qū)期刊Advanced Fiber Materials執(zhí)行編輯。目前已主持國(guó)家自然科學(xué)基金委重大研究計(jì)劃、JKW、華為公司、電子科技集團(tuán)等科研項(xiàng)目。


期刊簡(jiǎn)介:

  Chemical Reviews是美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)旗下的頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊,致力于發(fā)表針對(duì)近期化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域重要研究的全面、權(quán)威、批判性和可讀性的綜述文章。創(chuàng)刊于1924年并發(fā)行至今,該刊物是化學(xué)領(lǐng)域最受推崇和排名最高的期刊之一。

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