面向高性能大面积印刷可拉伸电子器件的链排列与薄膜结晶度调控

来自国内的研究人员通过调控刮涂过程中的流体场和固化动力学，制备出低结晶度但具有强链排列的大面积可拉伸共轭聚合物薄膜，用于高性能可穿戴X射线探测器。该薄膜在0%和100%应变下分别表现出6.11和2.98 cm2 V?1 s?1的高电荷迁移率，并具有1757.2 μC Gyair?1 cm?2的高灵敏度和72.5 nGyair s?1的超低检测限，为开发低成本、大面积可穿戴电子器件提供了新策略。

　　

可扩展印刷（Scalable printing）可拉伸共轭聚合物（conjugated polymer）薄膜为开发低成本、大面积可穿戴电子器件提供了机遇。然而，对于印刷共轭聚合物薄膜而言，实现能同时改善能量耗散和电荷传输的最佳薄膜形态仍然是一个挑战。

本研究通过在刮涂（bar-coating）过程中同时调控流体场和固化动力学，制备出具有低结晶度但强链排列的大面积可拉伸共轭聚合物薄膜，旨在用于高性能可穿戴X射线探测器。强大的流体场使共轭聚合物链沿涂布方向排列，并增强了初始湿层中的溶液聚集（solution aggregation）；而随后薄湿层的快速固化进一步限制了聚合物结晶，但促进了聚集体的排列，从而在弹性体（elastomer）相内形成高度排列的纳米纤维网络。

这种受弹性体约束的纳米纤维网络能够随着应变进一步排列以保持连通性，从而在拉伸过程中提供有效的电荷传输通道。因此，该薄膜在0%和100%应变下分别表现出高达6.11 cm² V^?1 s^?1和2.98 cm² V^?1 s^?1的电荷迁移率（charge mobility），这些数值在可拉伸共轭聚合物薄膜中名列前茅。所设计的薄膜还展现出高达1757.2 μC Gy_air^?1 cm^?2的灵敏度（sensitivity）以及低至72.5 nGy_air s^?1的超低检测限（detection limit），并在拉伸前后均保持良好的X射线成像能力。