可圖案化及可修復有機高分子半導體研究取得進展

有機高分子半導體的高分辨率精確圖案化是構建有機電路的關鍵技術之一，通過圖案化可以減少單元器件之間的干擾并提升器件穩定性。與此同時，修復特性能夠有效解決有機高分子半導體因超出彈性極限而導致的機械變形、性能衰退問題，從而提升電子設備的可靠性和耐用性。將可圖案化及可修復兩種功能同時集成到有機高分子半導體中，有利于拓展有機高分子半導體在柔性電子器件中的應用前景。

近日，中國科學院化學研究所張德清課題組在前期工作基礎上，發展了兼具可圖案化與可修復兩種功能的有機高分子半導體。該策略利用硫辛酸基團的動態共價二硫鍵，實現將光圖案化和熱修復功能成功集成到一種基于吡咯并吡咯二酮的聚合物半導體中。

研究結果表明，側鏈中硫辛酸的引入比例對有機高分子半導體的遷移率有顯著影響。當含有硫辛酸基團的側鏈與純烷基鏈的重復單元的摩爾比大于1:4時，其遷移率低于不含硫辛酸側鏈的聚合物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的側鏈與純烷基鏈的重復單元的摩爾比為1:4的聚合物P3，進行圖案化和修復性能測試。實驗表明，P3薄膜在365 nm紫外光照射下展現出優異的光圖案化能力，其靈敏度和對比度分別達到210 mJ/cm²和1.2。值得注意的是，圖案化過程對薄膜的形態、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行后續熱退火后能夠完全自愈，并且遷移率得以恢復。相比之下，側鏈中不含硫辛酸基團的PDPP4T薄膜在相同條件下，僅恢復了82.6%的裂痕深度和54.5%的遷移率。

相關研究成果發表在《德國應用化學》上。研究工作得到國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202425172

（a）側鏈帶有硫辛酸基團的聚合物半導體（P1-P5）的結構式及硫辛酸基團的開環聚合反應示意圖。（b）通過二硫鍵動態可逆的斷裂和形成實現交聯、圖案化和修復過程的示意圖。