受皮肤启发的电子器件可实现器件与人体无缝集成,在可穿戴健康监测、植入式生物医学装置、神经假体与软体机器人等新兴领域备受关注。

近年来,基于可拉伸聚合物材料制备的集成电路实现了更高良率、更优器件均匀性与更高电路复杂度。

然而,这类本征可拉伸电路大多仅采用单极p型晶体管构建。

由p型与n型晶体管共同组成的互补电路具有速度更快、静态功耗更低、抗噪声能力更强等优势,因此构建高性能可拉伸互补电路是可拉伸电子发展的关键下一步。

早期可拉伸互补电路(反相器、光电探测器)已展现出潜力,但在低工作电压、溶液可加工性、高器件密度等方面仍存在挑战。

制备本征可拉伸互补电路的两大核心瓶颈是:缺乏高性能可拉伸n型半导体,以及逐层加工过程中电学性能退化。

目前仅有少数可拉伸n型聚合物半导体被报道(迁移率均低于0.3 cm² V⁻¹ s⁻¹),且性能均不及可拉伸p型半导体(迁移率可超1 cm² V⁻¹ s⁻¹)。

例如,可通过引入硅氧烷侧链、在共轭主链插入新型吸电子单元以形成低序结晶形貌、与第二弹性体共混等方式合成可拉伸n型聚合物。

但分子修饰合成难度高,且这些方法无法实现图案化与耐溶剂性,而二者均为多层电路制备所必需。

对于p型聚合物半导体,上述局限可通过与第二弹性体共混与交联解决。

但该方法尚未在n型材料中探索,且弹性体与交联剂对n型半导体电荷传输的影响仍不明确。

此外,设计能在全溶液加工、无转移电路制备流程中保持稳定的电子活性材料,带来了额外挑战。

斯坦福大学鲍哲南院士团队报道全溶液加工、无转移的本征可拉伸有机互补电路(图1a–c)。

团队首先开发出高性能、耐溶剂、可光图案化的n型聚合物半导体,利用高密度紫外交联弹性体基体共价嵌入由溶液自发相分离形成的n型半导体纳米纤维网络,形成互联的聚合物半导体网络,在保持良好电荷传输的同时,将可拉伸性提升至100%应变。

此外,团队将氟化分子共价功能化至p型半导体表面,使其在逐层加工中保持电学稳定。

交联与加工策略实现了p型与n型半导体两步连续直接光图案化(图1d)。

该方法具备全层溶液可加工、高可拉伸性(至100%应变)、直接光图案化、低工作电压(低至2 V)等优势。

作为技术验证,团队制备了互补非门(NOT)、与非门(NAND)、或非门(NOR),在100%应变下均能稳定工作。

https://www.nature.com/articles/s41928-026-01599-z