隨著穿戴式電子裝置的興起，軟性電子元件的開發在科學界頗受矚目。其中，可拉伸半導體材料的開發亦為不可或缺之部分。傳統無機半導體及小分子半導體材料由於其剛硬特性而無法適用於可拉伸元件。相對地，具備柔軟物理特性與化學結構設計方便性之高分子半導體材料恰有機會達成此需求。本研究設計軟-硬-軟型三嵌段共軛高分子(soft−hard−soft type triblock copolymers)作為有機場效電晶體(organic field-effect transistors)之可拉伸半導體層(圖一)。與直線型嵌段高分子相比，分支型軟鏈段(branched soft segments)被證實能顯著提升嵌段共軛高分子之拉伸性。
本研究所提出之高分子材料，是結合半導體硬鏈段高分子 P3HT (poly(3-hexylthiophene))與軟性生物來源高子PDL (poly(δ-decanolactone))之嵌段型共軛高分子。AB、BAB、B2AB2 與B3AB3型高分子 (A: P3HT, B: PDL)被設計以探討高分子構型對半導體性質與機械性質之影響(圖二)。經過選擇性溶劑(selective solvent)之製程，嵌段共軛高分子之電荷遷移率(charge mobility)可達到與P3HT高分子相同之水準，顯示高分子薄膜之半導體性質並不受引入之軟性PDL高分子影響。此外，分支型三嵌段高分子(B2AB2及B3AB3)薄膜由於其分支軟鏈段造成高分子之相分離(phase separation)與結晶度(crystallinity)改變，相較於線性嵌段高分子(AB及BAB)具備更高之可拉伸性。B3AB3型高分子在伸長量100%時仍可維持72%-75%之半導體特性，並能承受500次循環拉伸測試(圖三)。本研究提供新型之高分子結構設計路徑，以達成具備高拉伸性及優異半導體特性之有機半導體材料。（陳文章院長提供 chenwc@ntu.edu.tw）
圖一、有機場效電晶體之結構示意圖
圖二、本研究設計之嵌段共軛高分子
圖三、B3AB3型高分子之拉伸元件測試