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  以往的可拉伸電子器件通常強調(diào)其拉伸性以及循環(huán)拉伸條件下的穩(wěn)定性。然而，考慮到與柔軟的生物組織集成情形，現(xiàn)有的可拉伸電子器件與生物組織仍有著較大的模量差異。這種差異會影響到集成界面的穩(wěn)定性，乃至在植入條件下的免疫排斥反應(yīng)。然而降低可拉伸電子器件的模量并不容易，尤其在有源器件（例如晶體管）中，因為其本征的高模量而更加困難。

  近期，芝加哥大學(xué)王思泓教授團(tuán)隊（第一作者為博士生李陽）針對可拉伸電子器件提出了一種新穎的設(shè)計方案，通過在高分子導(dǎo)體、高分子半導(dǎo)體功能層與超柔軟水凝膠基底之間添加一層彈性體中間層，從而保持功能層拉伸性的同時降低器件整體模量。通過這種特殊設(shè)計，該團(tuán)隊展示了模量低于10 kPa的可拉伸場效應(yīng)晶體管陣列，其柔軟度比已報道的可拉伸晶體管器件低了兩個數(shù)量級。

  通常來講，薄膜材料間的模量差異會影響材料內(nèi)部裂紋的生長與傳播過程。因此，基底材料的選擇通常受到功能層的影響而不得不使用模量較大的彈性體。然而通過柔性中間層的加入，這種限制將會得到較大的改善，用作基底的材料也可以使用超低模量的彈性體。通過研究發(fā)現(xiàn)，即使插入薄至1微米的中間層，可拉伸半導(dǎo)體在超柔軟基底上的拉伸性都能得到巨大的提升。

  基于這種設(shè)計，該團(tuán)隊將可拉伸晶體管器件的模量降低至14.4 kPa， 并且通過針對中間層的特殊圖案設(shè)計，可拉伸晶體管陣列的模量更是低至5.2 kPa。這比目前報道過的可拉伸晶體管低了兩個數(shù)量級。

  得益于器件的超低模量特性，這種超軟電子器件在適應(yīng)不規(guī)則表面方面表現(xiàn)出更優(yōu)異的性能，還能極大程度地減少了器件對貼附表面的運動的限制�；谶@種設(shè)計的超柔軟器件在體內(nèi)生物相容性測試中也證明了抑制長期植入的免疫排斥反應(yīng)，并且在對孤立心臟的電生理記錄實驗中表現(xiàn)出了更加優(yōu)越的穩(wěn)定性以及減少對跳動小鼠心臟的干預(yù)。

  這一創(chuàng)新對于未來柔性電子學(xué)領(lǐng)域具有重要意義，為開發(fā)更靈活、適應(yīng)性更強的電子設(shè)備提供了新的思路。隨著該團(tuán)隊的研究不斷深入，相信這些超柔軟有機(jī)電子機(jī)器將在生物醫(yī)學(xué)、可穿戴技術(shù)和智能皮膚等領(lǐng)域發(fā)揮出更多潛力，為人們的日常生活帶來更多便利與創(chuàng)新。

  參考文獻(xiàn)：Y. Li, N. Li, W. Liu, A. Prominski, S. Kang, Y. Dai, Y. Liu, H. Hu, S. Wai, S. Dai, Z. Cheng, Q. Su, P. Cheng, C. Wei, L. Jin, J. A. Hubbell, B. Tian, S. Wang, Achieving tissue-level softness on stretchable electronics through a generalizable soft interlayer design. Nat. Commun. 14, 4488 (2023).

  https://www.nature.com/articles/s41467-023-40191-3