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  柔性電子技術的發展催生了對兼具卓越電學性能與機械適應性的導電聚合物迫切需求。在互補電路構建中，整合p型與n型導電聚合物至關重要，但開發可拉伸n型聚合物始終面臨挑戰。他們通過精細調控聚合物間相互作用，顯著提升了PBFDO的本征拉伸性與環境穩定性。本研究由此確立了高性能可拉伸n型導電聚合物工程化的新基礎原理，為下一代柔性電子器件的發展開辟了道路。

  導電聚合物因在可穿戴設備、印刷電子、傳感器及生物電子學等領域的廣泛應用而備受關注，而實現器件與動態生物組織的無縫集成，材料的拉伸性能至關重要。盡管p型導電聚合物的力學相容性已得到大幅改善，但針對構建互補電路的可拉伸n型導電聚合物的研究仍處于起步階段。n型導電聚合物因LUMO能級較低，極易受水氧影響。提升結晶度雖能減少晶界缺陷、固定摻雜劑分子，進而改善導電性與環境穩定性，卻不可避免地增加材料脆性，削弱材料與彈性基底的界面附著力，給可拉伸電子器件的實現帶來挑戰。

  近期，天津大學胡文平教授、王以軒教授團隊聚焦柔性電子領域核心需求，針對 n 型導電聚合物 PBFDO 固有拉伸性能不足、環境穩定性差的關鍵難題，創新提出氫鍵介導的聚乙二醇（PEG）插層改性策略。團隊通過精細調控聚合物間相互作用，讓 PEG 成功嵌入 PBFDO 的面外層狀堆積結構，既提升了聚合物鏈段運動能力以實現應力耗散，又促進面內 π 電子離域，同步優化了材料的電荷傳輸性能與環境穩定性。這項研究確立了高性能可拉伸 n 型導電聚合物工程化的新原理，為可穿戴能量采集器、生物相容性傳感器及智能電子皮膚等下一代柔性電子器件的研發提供了核心材料支撐。

  2026年1月19日，相關成果以“Environmentally Stable N-Type Conducting Polymer with High Intrinsic Stretchability”為題，發表在《Advanced Materials》上，文章第一作者是天津大學趙雅茹，李毅銘。

圖1 a) 聚乙二醇（PEG）替代溶劑對PBFDO進行塑化的示意圖。b) 不同PEG固含量下自支撐PBFDO-PEG薄膜的應力-應變曲線。c) PBFDO薄膜、PBFDO-PEG薄膜及FA-PEG薄膜的XPS（O 1s）光譜。d) PBFDO薄膜及不同PEG固含量的PBFDO-PEG薄膜的EPR譜圖。

圖2 PBFDO- PEG復合薄膜的力電性能表征。a) 不同PEG固含量下PBFDO-PEG薄膜裂紋起始應變的變化。b) 不同PEG固含量下PBFDO-PEG薄膜的電導率。c) 拉伸過程中PBFDO-PEG薄膜的電阻與電導率變化。d) PBFDO-PEG薄膜在100%應變下經1000次循環的電阻變化；以及在不同儲存條件下e) 0%應變和f) 100%應變狀態下，經15天儲存后薄膜的電阻變化。

圖3 PBFDO- PEG薄膜的掠入射廣角X射線散射表征與薄膜的微觀結構示意圖。a) PBFDO薄膜，b) PEG薄膜，c) PBFDO-PEG共混薄膜的GIWAXS圖案。 GIWAXS檢測到的PEG混摻后d) (010)峰和e) (100) 峰位移。f) PBFDO薄膜與PBFDO-PEG薄膜的微觀結構改變示意圖。

圖4. PBFDO-PEG材料在電生理信號記錄與熱電設備中的應用。a) 心電圖信號，b) 表面肌電圖信號，c) 眼電圖信號；分別由Ag/AgCl凝膠電極與PBFDO-PEG電極測量所得。d) 全印刷熱電設備結構示意圖。e) SEBS基底上的全印刷熱電設備。f) 不同基底上全印刷熱電裝置的輸出電壓。沿裝置縱向（g）和橫向（h）方向的單軸拉伸測試，在冷源溫度(Tc)為20℃及熱源溫度(Th)分別為50℃和80℃時熱電裝置輸出電壓的變化。V/V?為不同應變速率下輸出電壓(V)與初始輸出電壓(V?)之比。

總結：

  文章針對 n 型導電聚合物 PBFDO 固有拉伸性能不足的關鍵難題，提出基于氫鍵介導的聚乙二醇（PEG）插層策略：通過 PEG 嵌入 PBFDO 的面外層狀堆積結構，既提升了聚合物鏈段的運動能力以實現應力耗散，又促進了面內π電子離域，從而同步優化材料的電荷傳輸性能與環境穩定性。

  經改性后的 PBFDO-PEG 復合材料本征電導率可達 900 S/cm，在 100% 拉伸應變下電導率更提升至 2265 S/cm 以上，經 1000 次拉伸循環后仍保持穩定性能；在空氣中儲存三個月后，電導率仍保留初始值的 1/5，穩定性較原始 PBFDO 提升 5 倍。

  基于該改性材料，研究成功制備出可拉伸表皮電生理電極，實現了心電圖（ECG）、肌電圖（EMG）及眼電圖（EOG）信號的高質量采集；同時將其與本征可拉伸 p 型半導體 PEDOT:PSS 集成，構建出包含六對熱電偶的有機熱電裝置，該裝置在 60% 拉伸應變下仍能穩定運行。此類具備優異力電綜合性能的n型導電材料，為可穿戴能量采集、人體電生理信號傳感及智能電子皮膚等前沿領域的發展提供了核心材料解決方案。

  原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202518190

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