一支由跨國研究人員組成的研究團隊開發出一種新式的薄膜電晶體(TFT),能夠拉伸2倍的長度而仍然保持其大部份的導電性。

這項研究已發佈於《科學》(Science)期刊中,研究人員在這篇主題為「透過奈米限制效應實現高延展性聚合物半導體薄膜」(Highly stretchable polymer semiconductor films through the nanoconfinement effect)的研究中表示,這種電晶體是由混合半導體聚合物DPP-TT與彈性聚合物SEBS(苯乙烯)製造而成,不僅十分柔軟且可拉伸,並經證實十分有利於設計可穿戴式裝置,特別是那些直接附著於皮膚上的貼身穿戴應用。

研究人員發現,只要將小分子量的半導體聚合物限制在彈性體矩陣內,經過奈米限制效應就能從根本上改善半導體聚合物的延展度,而不至於影響電荷傳輸遷移率。

根據研究人員表示,「受到奈米限制的聚合物鏈動態增加,明顯降低了共軛聚合物的模量,大大地延遲了在應變下形成開裂的開始。因此,我們製造的半導體可拉伸至100%的應變,而不至於影遷移率,使其得以保持相當於非晶矽的值。」他們解釋,奈米限制效應能夠避免結晶化,有時還能給予聚合物鏈更多的運動範圍。

研究人員在室溫下利用表機設計的可延展薄膜電晶體,並測試其彎曲與拉伸極限。當拉伸至其原有長度的2倍時,該電晶體導電性僅顯示出相當微量的減少,從平均0.59cm^2/Vs微幅降低至 0.55cm^2/Vs,即使是在彎曲100次以後,聚合物也不會出現裂紋。

這項研究的作者之一是韓國顯示器製造商——三星(Samsung)的研究人員,預計該公司將會對於利用這些發現開發新穎的可穿戴式裝置相當感興趣。

20170112 TFT NT31P1 在手指上佩戴明且軟性的LED驅動器,而LED則顯示在相鄰的另一隻手指頭上(來源:J. Xu et al., Science)

在以下視訊中,研究人員展示電晶體被彎曲、拉伸,甚至以尖銳的物體戳破後,仍然能展示像皮膚般的透明可穿戴電路,在手指彎曲時仍持續作業,並在相鄰的手指上驅動LED。

20170112 TFT NT31V1

編譯:Susan Hong

(參考原文:Thin film transistor remains operational upon stretching,by Julien Happich)