研究前沿：电子皮肤-自愈合、可拉伸、薄膜晶体管 | Nature Electronics

2025-05-21 09:45:15 18阅读次数

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自愈合软电子器件具有可恢复力学和电气性能，用于开发长期可穿戴和可植入的电子系统。然而，由于缺少合适的材料和充分可定制的组装技术，自愈合和可伸展的集成电路创建，仍然极具挑战。

今日，韩国成均馆大学Jaepyo Jang, Hyongsuk Choo, Sangkyu Lee， Jin-Hong Park & Donghee Son等，在Nature Electronics上发文，报道了一种可重构和可扩展的自组装方法，用于自愈合、可拉伸、有源型器件（包括薄膜晶体管、有源矩阵阵列和逻辑门）。

这种自愈合的、可拉伸的薄膜晶体管，可以容易地制造，即柔性薄膜转印：用于栅极电介质的绝缘自愈合聚合物、用于有源沟道的半导体纳米复合材料和用于电极的碳纳米管嵌入复合材料。

这种组装方法，将薄膜晶体管扩展到可穿戴和可植入的5×5有源矩阵、软和自愈合晶体管阵列。这些阵列，可以多路复用从5×5触觉传感器阵列记录的压力数据，为软和自愈合光电像素阵列，提供反馈控制，并且即使在植入啮齿动物模型的皮下组织中时，也能保持电容性能。

为了演示用户按需功能，还将薄膜晶体管和负载电阻组合、分解和重组为三种不同类型的逻辑门（反相器、NAND和NOR电路）。

Reconfigurable assembly of self-healing stretchable transistors and circuits for integrated systems.

用于集成系统的自愈合可伸展晶体管和电路的可重构组件。

图1:SS-TFT、S-LEC阵列和逻辑门集成AM-SS-TFT阵列的RS组件总体概念。

图2:SS-SNs表征。

图3:SS-TFT和5×5AM-SS-TFT阵列的制造和表征。

图4:具有集成5×5 SS-CNT阵列、AM-SS-TFT阵列和SS-LEC阵列的用户交互式可穿戴系统。

图5:SS-TFT电路的RS组件（反相器、与非门和或非门）。

利用自修复聚合物（SHP）作为核心材料，即聚二甲基硅氧烷（PDMS）低聚物与动态氢键单元（MPU/IU）构成，兼具高韧性和室温自修复能力。半导体层将p型聚合物DPP-DTT与SHP混合制成纳米复合材料，电极则将单壁碳纳米管（CNT）嵌入SHP基质中形成导电网络。栅极电介质，通过旋涂SHP溶液于疏水处理后的硅晶圆上制备，厚度优化至6微米以平衡电容与机械稳定性。

这种器件的自修复与拉伸性能，源于动态氢键的可逆重组和纳米材料的自适应重建。当材料受损时，SHP的分子链通过氢键动态修复机械损伤，而CNT和DPP-DTT在基质中重新形成导电与半导体通路，恢复电学性能。实现了5×5自修复可拉伸薄膜晶体管阵列（AM-SS-TFT）的大规模制备，并展示了在触觉传感、光电反馈和逻辑电路中的集成应用。

文献链接

Jang, J., Choo, H., Lee, S. et al. Reconfigurable assembly of self-healing stretchable transistors and circuits for integrated systems. Nat Electron (2025).

https://doi.org/10.1038/s41928-025-01389-z

本文译自Nature。

来源：今日新材料

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