Science Advances|柔性超韧半导体纤维的大规模制备（柔性半导体器件/可穿戴电子/纤维器件/柔性电子）

北京大学 雷霆（Ting Lei）团队，在《Science Advances》上发布了一篇题为“Continuous production of ultratough semiconducting polymer fibers with high electronic performance”的论文。论文内容如下：

一、 摘要

        共轭聚合物具有良好的光电特性，但其脆性和机械特性差，阻碍了它们制成耐用的纤维和纺织品。在这里，作者提出了一种通用方法，使用流动-增强结晶（flow-enhanced crystallization，FLEX）方法连续制备高强度、超韧共轭聚合物纤维。与传统的半导体聚合物纤维和薄膜相比，这些纤维的拉伸强度（>200MPa）和韧性（>80MJ /立方米）高出一个数量级，优于许多合成纤维，适合大规模生产。当用作可拉伸导体、热电材料、晶体管和传感器时，这些纤维还表现出独特的应变增强电子特性和优异性能。这项工作不仅突出了流体力学效应对共轭聚合物的结晶和机械性能的影响，而且为将这些功能性纤维集成到可穿戴电子产品中开辟了可能性。

二、背景介绍

        通过纺织技术纤维可以加工成1D纱线、2D织物和3D间隔织物，适合无缝集成到日常可穿戴产品中。合成纤维，如聚酰胺或尼龙，含有高度结晶的聚合物链和丰富的氢键，通常被广泛使用，因为它们具有理想的力学性能（强度>100 MPa）。近几十年来，纤维材料经历了一场革命，导致了纤维电子产品的出现。这些电子产品具有柔性、可穿戴性、可编织性和可植入性等优势。基于这些纤维，可以设计具有多功能和高机械可拉伸性的分层结构的功能性纺织品。

        对于电子纤维而言，机械性能和电子性能都至关重要。基于硅（Si）和氧化锌（ZnO）的传统无机电子纤维是刚性和脆性的，不适用于连续生产和纺织品集成。此外，它们的杨氏模量（>100 GPa）远高于人体组织（0.1到100 MPa），使其不适用于植入设备。另一方面，水凝胶纤维具有良好的生物相容性、低杨氏模量和显著的拉伸性。然而，它们之间的弱链间相互作用和高含水量限制了它们的机械性能，使其容易受到身体运动或组织移动的损害。此外，大多数水凝胶只具有离子导电性，不适用于构建高性能半导体器件。因此，同时实现高机械性能和优异器件性能仍然是电子纤维面临的挑战。

        共轭聚合物（Conjugated polymers，CPs) 由于其高机械柔韧性、易于结构