有機(jī)高分子半導(dǎo)體的高分辨率精確圖案化是構(gòu)建有機(jī)電路的關(guān)鍵技術(shù)之一，通過圖案化可以減少單元器件之間的干擾并提升器件穩(wěn)定性。與此同時，修復(fù)特性能夠有效解決有機(jī)高分子半導(dǎo)體因超出彈性極限而導(dǎo)致的機(jī)械變形、性能衰退問題，從而提升電子設(shè)備的可靠性和耐用性。將可圖案化及可修復(fù)兩種功能同時集成到有機(jī)高分子半導(dǎo)體中，有利于拓展有機(jī)高分子半導(dǎo)體在柔性電子器件中的應(yīng)用前景。

　　近日，中國科學(xué)院化學(xué)研究所張德清課題組在前期工作基礎(chǔ)上，發(fā)展了兼具可圖案化與可修復(fù)兩種功能的有機(jī)高分子半導(dǎo)體。該策略利用硫辛酸基團(tuán)的動態(tài)共價二硫鍵，實(shí)現(xiàn)將光圖案化和熱修復(fù)功能成功集成到一種基于吡咯并吡咯二酮的聚合物半導(dǎo)體中。

　　研究結(jié)果表明，側(cè)鏈中硫辛酸的引入比例對有機(jī)高分子半導(dǎo)體的遷移率有顯著影響。當(dāng)含有硫辛酸基團(tuán)的側(cè)鏈與純烷基鏈的重復(fù)單元的摩爾比大于1:4時，其遷移率低于不含硫辛酸側(cè)鏈的聚合物PDPP4T（聚吡咯并吡咯二酮-四噻吩）。因此，研究選用含有硫辛酸基團(tuán)的側(cè)鏈與純烷基鏈的重復(fù)單元的摩爾比為1:4的聚合物P3，進(jìn)行圖案化和修復(fù)性能測試。實(shí)驗(yàn)表明，P3薄膜在365 nm紫外光照射下展現(xiàn)出優(yōu)異的光圖案化能力，其靈敏度和對比度分別達(dá)到210 mJ/cm2和1.2。值得注意的是，圖案化過程對薄膜的形態(tài)、分子鏈堆積及電荷傳輸遷移率幾乎沒有影響。此外，劃傷的圖案化薄膜在暴露于氯仿蒸氣并進(jìn)行后續(xù)熱退火后能夠完全自愈，并且遷移率得以恢復(fù)。相比之下，側(cè)鏈中不含硫辛酸基團(tuán)的PDPP4T薄膜在相同條件下，僅恢復(fù)了82.6%的裂痕深度和54.5%的遷移率。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的支持。

（a）側(cè)鏈帶有硫辛酸基團(tuán)的聚合物半導(dǎo)體（P1-P5）的結(jié)構(gòu)式及硫辛酸基團(tuán)的開環(huán)聚合反應(yīng)示意圖。（b）通過二硫鍵動態(tài)可逆的斷裂和形成實(shí)現(xiàn)交聯(lián)、圖案化和修復(fù)過程的示意圖。