综述：基于可拉伸有机半导体的可穿戴电子设备

研究背景

近年来，可穿戴电子设备在从医疗监测、人机界面、可穿戴显示器、机器人到能源设备等领域得到了极大的发展。可弯曲、扭曲、压缩、折叠甚至拉伸而不影响其电气性能、可靠性和集成度的柔性和可拉伸设备正在成为下一代人类友好型可穿戴电子设备的有希望的候选者，因为它们可以在人体皮肤上顺应地涂抹而不会因人体和电子设备之间的机械性能不匹配而感到不适。迄今为止已经有相当多的努力致力于制造可穿戴电子设备中的应用的可拉伸装置。例如基于柔性和可拉伸装置的可穿戴传感器可以对人类活动和健康进行连续、无创、实时的监测。因此，传感器可以提供连续的健康相关信息，如肌肉运动、脉搏、心脏和呼吸率、体液中的化学物质、用于疾病诊断的气体污染物以及个人健康管理。由于其刚性和脆性，传统的硅基互补金属氧化物半导体(CMOS)系统不适合直接用于柔性和可穿戴电子设备。这导致了各种结构工程策略的发展，以实现具有灵活性和可伸展性的电子产品。弹性器件可以通过将刚性的单个器件与可伸展的导体相互连接，或通过使用扣压和弹簧式配置来实现。尽管取得了重大成就，但复杂和高成本的制造工艺限制了其实际应用，特别是在大面积、低温和低成本生产的要求方面。

研究成果

由于新兴的物联网(loT)，可穿戴电子产品正吸引着越来越多的兴趣。与无机物相比，可拉伸有机半导体(SOS)是有前途的可穿戴电子产品的候选者，因为它们具有优异的性能，包括重量轻、可拉伸性、可溶解性、与柔性基材的兼容性、易于调整的电气性能、低成本和用于大面积印刷的低温溶液加工性。人们已经为制造基于 SOS的可穿戴电子设备做出了相当大的努力，它们在各个领域的潜在应用，包括化学传感器、有机发光二极管(OLEDs)、有机光电二极管(OPDs)和有机光伏(OPVs)，已经得到了证明。在这篇综述中，基于设备功能和潜在应用的分类，介绍了一些基于 SOS 的可穿戴电子设备的最新进展。此外，还讨论了基于 SOS的可穿戴电子设备的结论和进一步发展的潜在挑战。相关报道以“Wearable Electronics Based on Stretchable Organic Semiconductors”为题发表在Small期刊上。复旦大学Yan Zhao教授为通讯作者。

总结与展望

在过去的几十年里，物联网的进展增加了对可穿戴电子产品的要求。这导致了各种 SOS 和制造工艺的发展。在这篇综述中，作者介绍了三种主要的策略，它们被广泛用于赋予有机设备以灵活性和可伸展性，即合理的材料选择、新型材料的开发和结构工程。还讨论了多功能的可拉伸有机器件，如传感器(化学传感器、气体传感器和光电探测器)、光可视化(OLEDs)和能源器件(OPVs)，以及它们的运行机制和在可穿戴电子设备中的潜在应用。

本质上的 SOS 是下一代柔性和可拉伸电子器件的有希望的候选者。两种主要的策略，包括主链工程和侧链工程，已经被提出来实现共钜聚合物的形态控制以及结晶和非结晶区域的平衡分布。这导致在基于聚合物的设备中实现了卓越的机械和电气性能以及自修复性能。此外，与p 型半导体聚合物相比n型和双极聚合物受到的关注较少。为了开发用于下一代可穿戴电子设备的可拉伸有机互补电路，应该对它们给予更多关注。

另一方面，许多工作主要集中在提高可穿戴设备的性能和机械变形能力，以实现实际应用尽管取得了重大的成就，但仍有一些挑战限制了基于有机半导体的可穿戴电子设备的发展和商业化。1)需要一种简单的、低温的、大面积的制造工艺来降低制造成本。溶液加工技术是制造低成本和大面积可拉伸器件的理想选择。使用这些技术将促进基于有机半导体的可穿戴电子产品的实际应用。2) 对于实际应用来说，在环境中的长期稳定性是一个关键问题因为大多数有机半导体都容易受到水分和氧气的影响。特别是，对于有机化学生物传感器半导体层通常暴露在电解质中，与目标分析物相互作用。需要进一步了解有机电子器件的降解机制，以提高其长期稳定性，这将为材料设计提供合理的指导。另一个有效的策略是通过封装来保护有机半导体免受外部环境的影响。3)下一代可穿戴设备需要同时显示不同的功能。附着在人体皮肤上的可拉伸设备不仅可以用于生物医学诊断和保健监测，以感知身体信号的机械、化学、热和生理变化，还可以用于开发可再生电源，如 OPV、电池。因此，可穿戴电子设备的进一步发展将集中于具有不同功能的设备的整合。

此外，应该在开发软件方面投入更多的精力，这些软件不仅可以促进设备和用户之间的互动还可以处理和整合来自不同功能设备的信号。总的来说，由于化学、材料科学、微电子学和计算机科学等各个学科的不断进步，预计集成了多功能有机电子的可穿戴系统将有很大的应用前景，从而提高物联网时代人类的生活质量。

文献链接

Wearable Electronics Based on Stretchable Organic Semiconductors

https://doi.org/10.1002/smll.202206309.

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