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为提升可拉伸薄膜晶体管（TFTs）电学性能，研究人员围绕纳米沟槽引导取向，探究自组装单分子层（SAMs）烷基链长对可拉伸聚合物薄膜分子取向及 TFT 特性的影响。发现 C18-SAM 时迁移率达 2.35 cm2/Vs，且薄膜具良好拉伸性，为可拉伸电子发展提供方向。
在柔性电子技术蓬勃发展的今天，可穿戴设备、健康监测系统等领域对可拉伸电子器件的需求日益迫切。可拉伸薄膜晶体管（stretchable thin-film transistors, s-TFTs）作为核心元件，其性能提升面临关键挑战。当前，如何精准调控可拉伸聚合物半导体的分子取向，以提高载流子传输效率，是制约 s-TFTs 实用化的重要瓶颈。传统方法中，分子取向控制虽有一定进展，但基底表面特性对取向效率和器件性能的影响机制尚不明晰，限制了对高迁移率、高拉伸性器件的开发。
为突破这一困境，研究人员开展了关于自组装单分子层（self-assembled monolayers, SAMs）烷基链长对纳米沟槽引导的可拉伸聚合物取向及 s-TFTs 性能影响的研究。该研究通过系统调控 SAMs 的烷基链长（C1 至 C22），结合纳米沟槽引导技术，深入分析其对聚合物分子排列、表面能量及器件电学特性的影响规律，旨在为可拉伸电子器件的性能优化提供新策略。研究发现，当使用十八烷基（C18）SAMs 修饰基底时，聚合物分子取向显著增强，s-TFTs 的迁移率达到 2.35 cm2/Vs，是平面基底的 2.29 倍，且在 50% 应变下仍能保持 1.43 cm2/Vs 的高迁移率，展现出优异的拉伸性能。这一成果发表在《Applied Surface Science》，为可拉伸电子系统的发展奠定了重要基础。
研究主要采用的关键技术方法包括：纳米沟槽制备技术，通过金刚石研磨膜在基底表面形成纳米级沟槽；SAMs 修饰技术，利用不同烷基链长的硅烷类分子对基底进行表面改性；旋涂成膜技术，将可拉伸聚合物共混物（含二酮吡咯并吡咯基聚合物 DPP-P 和聚苯乙烯 - 嵌段 - 聚（乙烯 - 无规 - 丁烯）- 嵌段 - 聚苯乙烯弹性体 SEBS）涂覆于修饰基底；器件制备与表征技术，包括底栅顶接触结构 TFTs 的构建，以及光谱分析（偏振紫外 - 可见 - 近红外吸收光谱）、表面形貌分析（原子力显微镜）和电学性能测试（场效应迁移率、拉伸性能评估）等。
3.1 SAM 表征
通过光谱椭偏仪和接触角测量等手段，对不同烷基链长 SAMs 的厚度和表面能量进行表征。结果显示，SAMs 厚度随烷基链长增加呈线性增长，表面能量则先降低后升高，C18-SAM 表面能量最低，C22-SAM 因分子链无序导致表面能量回升。这表明烷基链长直接影响 SAMs 的分子堆积密度和表面物理化学性质。
3.2 SAM 对可拉伸聚合物薄膜及 TFT 的影响
在平面基底（Type II）上，C18-SAM 修饰时 s-TFTs 迁移率最高达 1.02 cm2/Vs，归因于其降低基底表面极性、抑制电荷陷阱。在纳米沟槽基底（Type I）上，C18-SAM 引导的聚合物分子沿沟槽方向高度取向，偏振光谱显示吸收各向异性显著，迁移率提升至 2.35 cm2/Vs，且迁移率各向异性与表面能量呈负相关。原子力显微镜相位图像表明，聚合物分子在基底界面处高度取向，而膜层内部取向呈指数衰减，说明界面处的低表面能量环境是分子有效取向的关键。
3.3 拉伸性能
对 C18-SAM 修饰纳米沟槽基底上的 s-OSC 薄膜进行拉伸测试，结果显示，即使在 50% 应变下，薄膜仅出现细微裂纹而未断裂，对应的 s-TFTs 迁移率保持为初始值的 73%（1.43 cm2/Vs）。这证实了纳米沟槽引导取向与 SAMs 表面改性相结合的策略，在提升器件电学性能的同时，有效维持了材料的拉伸特性。
研究结论表明，SAMs 烷基链长通过调控基底表面能量，显著影响纳米沟槽引导的聚合物分子取向，进而决定 s-TFTs 的载流子迁移率和拉伸性能。其中，C18-SAM 凭借最低表面能量，实现了聚合物在界面处的高效取向，使迁移率达到可拉伸 TFTs 的较高水平，且拉伸性能优异。该研究揭示了表面能量与分子取向的内在关联，为可拉伸聚合物半导体的取向控制提供了新机制，同时通过简单旋涂工艺实现性能优化，展现了良好的工业应用潜力。其成果不仅推动了可拉伸电子器件在柔性显示、生物医学监测等领域的实际应用，也为后续基于表面工程的高性能电子材料设计提供了重要参考。
