有机聚合物半导体在柔性电子器件中具有广阔应用前景，但其半结晶结构刚性较大，往往导致机械变形下载流子传输性能急剧下降。该类聚合物在半导体性能与延展性之间存在显著权衡：高有序度结构虽能保证载流子有效输运，却会牺牲机械柔韧性。尽管通过分子设计或物理共混已缓解这一矛盾，但如何在大应变循环载荷下长期保持性能稳定性仍是关键挑战。

近日，在国家自然科学基金委和中国科学院的支持下，化学研究所有机固体实验室张德清研究员与日本理化学研究所侯召民教授合作，采用新型氢化聚异戊二烯（H-PIP）弹性体，构筑高性能聚合物半导体共混薄膜。该研究以p型半导体PDPPTT和n型半导体N2200为例，通过H-PIP的独特链结构实现了相分离稳定的半导体网络，在100%应变下经历5000次拉伸循环后，载流子迁移率仍保持90%以上（图1）。

图1.半导体聚合物和弹性体的化学结构以及拉伸过程中形貌演化示意图

研究表明，H-PIP仅由柔性脂肪烃链组成，不含芳香环或极性基团，其链缠结网络可动态适应变形，有效消散应变能而不积聚内应力。AFM和GIWAXS结果显示，共混薄膜中半导体聚合物形成纳米纤维互联网络，在循环拉伸后仍保持结构完整。相较于SEBS等传统弹性体，PDPPTT/H-PIP共混薄膜的弹性模量低至6.5 MPa，裂纹起始应变超过150%，且电荷迁移率在5000次拉伸循环后仅从2.04 cm²V⁻¹s⁻¹降至1.82 cm²V⁻¹s⁻¹。该材料在弯曲、扭曲和戳刺等复杂变形下仍表现出优异的疲劳抗性。该成果揭示了弹性体分子结构对共混材料性能的关键影响，为柔性电子、可穿戴设备和人机接口提供了新材料设计思路。相关研究成果发表于Nat. Commun.期刊（Nat. Commun.2025,16, 10388.）。文章第一作者为高晨英博士、陈柴开元、黄林博士和李诚教授，通讯作者为张德清研究员和日本理化学研究所侯召民教授。

有机固体实验室

2025年12月4日