柔性有機電子學因其具有獨特的機械柔韌性、輕質、可溶液加工等特性，被認為非常適應用于電子皮膚、可折疊顯示器、能量存儲、醫療診斷和生物電子學等領域。在實現柔性有機電子器件制備的過程中，具有良好的溶解性和相容可加工性的聚合物絕緣層是必不可少的一部分。而如何平衡聚合物絕緣層的介電性能和與有機半導體分子生長的兼容性是制備高性能柔性器件的基礎，也面臨著巨大挑戰。

近日，德國明斯特大學Harald Fuchs教授、上海交通大學李濤研究員、天津大學胡文平教授團隊通過簡單的退火溫度的改變，將聚酰胺酸部分亞胺化成一種共聚物（聚酰亞胺的一種）。這種共聚物中亞胺化的部分通過苯環和脂環之間的相互作用可以很好的保證其介電性能；未亞胺化的部分含有極性強的官能團（-COOH/-CONH），通過與半導體之間的相互作用，從而使得半導體更加有序、結晶性更好地生長。

圖1. 共聚物絕緣材料的合成路線

基于共聚物制備的柔性器件性能在以聚酰亞胺作為絕緣層的器件中不管從操作電壓（3 V）還是器件遷移率（5.6 cm² V^-1 s^-1）都達到了最優值。柔性晶體管表現出良好的柔韌性。在曲率半徑5 mm的物體表面沿著水平和垂直方向彎曲次數達到1000次的情況下，器件的平均遷移率僅僅下降了5%。

圖2.（a）以聚酰亞胺作為絕緣層的器件遷移率對比。（b）以聚酰亞胺作為絕緣層的器件操作電壓對比。

圖3. （a）晶體管的轉移曲線。（b）柔性晶體管陣列圖。（c）晶體管的彎曲測試。

在此基礎上基于共聚物絕緣層制備的柔性電路(反相器和振蕩器)也展現出了很好的邏輯功能和柔韌性能。反相器的增益可以達到15，振蕩器信號傳播延遲可以做到100 μs。柔性電路沿著圖示方向彎曲（彎曲半徑5 mm）達到500次的時候，反相器和振蕩器的性能幾乎沒有發生衰減。

圖4.（a）反相器性能曲線圖。（b）振蕩器性能曲線圖。（c）柔性電路照片。（d）柔性電路彎曲測試。

這一成果近期發表在Nature Communications 上，文章的第一作者是紀德洋博士。

來源：X-mol