剑桥研究：柔性电子设备的速度瓶颈

柔性电子产品的前景——如可卷曲显示屏、轻量化太阳能电池板和可穿戴健康监测设备——依赖于足够柔软、可以弯曲而不断裂的材料。但剑桥大学的一项新研究表明，这种柔软性本身可能对此类设备的运行速度和效率设置了隐藏的限制。

由卡文迪许实验室的Deepak Venkateshvaran领导的研究团队首次通过实验证明，单个分子的刚度直接影响有机半导体薄膜的整体机械性能。他们的研究成果于2月18日发表在《自然·通讯》上，为研究柔韧性与电子性能在支撑下一代可弯曲设备的碳基材料中是否存在根本性矛盾开辟了新的探索方向。cam

逐个分子地“感知”

研究团队使用了超灵敏原子力显微镜——这种技术用一根约十纳米宽的探针来“感知”表面——测量有机半导体在仅几个分子尺度上的硬度。他们重点研究了一种广泛应用的柔性晶体管材料DNTT，并将其与化学修饰的变体进行了比较，每种变体都在相同的刚性分子核心上连接了不同的烷基“侧链”。bioengineer

实验表明，添加更长、更柔软的侧链，在垂直于薄膜表面施加压力时，会明显降低材料的硬度。使用密度泛函理论和分子动力学进行的计算机模拟独立证实了这一趋势。研究人员首次能够区分材料硬度的两个来源：刚性的分子“砖块”和将它们结合在一起的较弱分子间作用力——即“灰浆”。pmc.ncbi.nlm.nih

可能存在的“玻璃天花板”

除了力学因素之外，该研究还揭示了一个更深层次的权衡关系。研究团队发现，在快速电荷传输方向上具有更硬分子晶格的材料，似乎对应着更高的电荷载流子迁移率——这是衡量电子速度的关键指标。这一观察结果提出了一种可能性：使材料变得更柔韧可能会降低其电学性能。

“柔性分子材料在导电性能上可能存在一个玻璃天花板，” Venkateshvaran说。“如果我们能理解刚度与电荷传输之间的关系，或许就能找到突破它的方法。”EurekAlert!

对可穿戴技术的影响

该研究尚未建立硬度与电子速度之间的因果关系，但它为精确测试这种关系奠定了实验基础。如果能够通过化学设计对分子硬度进行精细调控，工程师们或许最终能够制造出在柔韧性与强劲性能之间取得平衡的可穿戴设备和可弯曲屏幕——而不必牺牲其中一方来成全另一方。