Review

Research Progress in Functional Stretchable Organic Electronic Devices

  • Bian Yangshuang ,
  • Liu Kai ,
  • Guo Yunlong ,
  • Liu Yunqi
Expand
  • a Key Laboratory of Organic Solid, Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;
    b School of Chemical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received date: 2020-05-31

  Online published: 2020-07-10

Supported by

Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Nos. 21922511, 51873216, 61890943, 91833306) and the National Key Research and Development Project (No. 2018YFA0703202).

Abstract

Stretchable organic electronic devices are characterized with high mechanical stability, superior electronic stability, low cost, satisfactory biocompatibility, etc., thus having been regarded as an inevitable trend in the development of future electronics. Furthermore, the functional stretchable organic electronic devices provide pathways toward the emerging high-tech fields such as wearable and implantable devices, intelligent medical diagnosis system, software robots, etc. This review focuses on the research advances in functional stretchable organic electronic devices, including stretchable organic transistors (field-effect transistors, phototransistors, memory transistors and sensors), stretchable organic optoelectronic devices (light-emitting diodes, alternating current electroluminescent devices and light-emitting electrochemical cells), stretchable organic energy storage and conversion devices (solar cells, supercapacitors and nanogenerators), stretchable organic sensors (pressure sensors, strain sensors, tactile sensors, temperature sensors, gas sensors and other sensors), stretchable organic memory (resistive memory, magnetic memory and bionic synaptic memory) and other functional stretchable organic electronic devices. Finally, through the analyses of the existing scientific problems and future development of the functional stretchable organic electronic devices, we put forward some suggestions.

Cite this article

Bian Yangshuang , Liu Kai , Guo Yunlong , Liu Yunqi . Research Progress in Functional Stretchable Organic Electronic Devices[J]. Acta Chimica Sinica, 2020 , 78(9) : 848 -864 . DOI: 10.6023/A20050197

References

[1] Sekitani, T.; Someya, T. Adv. Mater. 2010, 22, 2228.
[2] Huang, Z. L.; Hao, Y. F.; Li, Y.; Hu, H. J.; Wang, C. H.; Nomoto, A.; Pan, T. S.; Gu, Y.; Chen, Y. M.; Zhang, T. J.; Li, W. X.; Lei, Y. S.; Kim, N.; Wang, C. F.; Zhang, L.; Ward, J. W.; Maralani, A.; Li, X. S.; Durstock, M. F.; Pisano, A.; Lin, Y.; Xu, S. Nat. Electron. 2018, 1, 473.
[3] Rogers, J. A.; Someya, T.; Huang, Y. G. Science 2010, 327, 1603.
[4] Yeo, W. H.; Kim, Y. S.; Lee, J.; Ameen, A.; Shi, L. K.; Li, M.; Wang, S. D.; Ma, R.; Jin, S. H.; Kang, Z.; Huang, Y. G.; Rogers, J. A. Adv. Mater. 2013, 25, 2773.
[5] Sekitani, T.; Noguchi, Y.; Hata, K.; Fukushima, T.; Aida, T.; Someya, T. Science 2008, 321, 1468.
[6] Xu, S.; Zhang, Y. H.; Jia, L.; Mathewson, K. E.; Jang, K. I.; Kim, J.; Fu, H. R.; Huang, X.; Chava, P.; Wang, R. H.; Bhole, S.; Wang, L. Z.; Na, Y. J.; Guan, Y.; Flavin, M.; Han, Z. S.; Huang, Y. G.; Rogers, J. A. Science 2014, 344, 70.
[7] Yang, J. C.; Mun, J.; Kwon, S. Y.; Park, S.; Bao, Z. N.; Park, S. Adv. Mater. 2019, 31, 1904765.
[8] Oh, J. Y.; Rondeau-Gagne, S.; Chiu, Y. C.; Chortos, A.; Lissel, F.; Wang, G. J. N.; Schroeder, B. C.; Kurosawa, T.; Lopez, J.; Katsumata, T.; Xu, J.; Zhu, C. X.; Gu, X. D.; Bae, W. G.; Kim, Y.; Jin, L. H.; Chung, J. W.; Tok, J. B. H.; Bao, Z. N. Nature 2016, 539, 411.
[9] Wu, H. C.; Benight, S. J.; Chortos, A.; Lee, W. Y.; Mei, J. G.; To, J. W. F.; Lu, C. E.; He, M. Q.; Tok, J. B. H.; Chen, W. C.; Bao, Z. N. Chem. Mater. 2014, 26, 4544.
[10] Wang, Y. Q.; Ding, Y.; Guo, X. L.; Yu, G. H. Nano Res. 2019, 12, 1978.
[11] Liu, K.; Guo, Y. L.; Liu, Y. Q. Sci. China-Technol. Sci. 2019, 62, 1255.
[12] Guo, Y. L.; Yu, G.; Liu, Y. Q. Adv. Mater. 2010, 22, 4427.
[13] Chortos, A.; Lim, J.; To, J. W. F.; Vosgueritchian, M.; Dusseault, T. J.; Kim, T. H.; Hwang, S.; Bao, Z. N. Adv. Mater. 2014, 26, 4253.
[14] Xu, J.; Wang, S. H.; Wang, G. J. N.; Zhu, C. X.; Luo, S. C.; Jin, L. H.; Gu, X. D.; Chen, S. C.; Feig, V. R.; To, J. W. F.; Rondeau-Gagne, S.; Park, J.; Schroeder, B. C.; Lu, C.; Oh, J. Y.; Wang, Y. M.; Kim, Y. H.; Yan, H.; Sinclair, R.; Zhou, D. S.; Xue, G.; Murmann, B.; Linder, C.; Cai, W.; Tok, J. B. H.; Chung, J. W.; Bao, Z. N. Science 2017, 355, 59.
[15] Xu, J.; Wu, H. C.; Zhu, C. X.; Ehrlich, A.; Shaw, L.; Nikolka, M.; Wang, S. H.; Molina-Lopez, F.; Gu, X. D.; Luo, S. C.; Zhou, D. S.; Kim, Y. H.; Wang, G. J. N.; Gu, K.; Feig, V. R.; Chen, S. C.; Kim, Y.; Katsumata, T.; Zheng, Y. Q.; Yan, H.; Chung, J. W.; Lopez, J.; Murmann, B.; Bao, Z. N. Nat. Materials 2019, 18, 594.
[16] Khatib, M.; Huynh, T. P.; Deng, Y. F.; Horev, Y. D.; Saliba, W.; Wu, W. W.; Haick, H. Small 2019, 15, 8.
[17] Lu, C.; Lee, W.-Y.; Gu, X.; Xu, J.; Chou, H.-H.; Yan, H.; Chiu, Y.-C.; He, M.; Matthews, J. R.; Niu, W.; Tok, J. B.-H.; Toney, M. F.; Chen, W.-C.; Bao, Z. Adv. Electron. Mater. 2017, 3, 1600311.
[18] Sang, M.; Cao, S. Z.; Lai, W. Y.; Huang, W. Acta Chim. Sinica 2015, 73, 770(in Chinese). (桑明, 曹四振, 赖文勇, 黄维, 化学学报, 2015, 73, 770.)
[19] Wang, G.-J. N.; Shaw, L.; Xu, J.; Kurosawa, T.; Schroeder, B. C.; Oh, J. Y.; Benight, S. J.; Bao, Z. Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 7254.
[20] Mun, J.; Kang, J. H. O.; Zheng, Y.; Luo, O. O. C.; Wu, H. C.; Matsuhisa, N.; Xu, J.; Wang, G. J. N.; Yun, Y. J.; Xue, G.; Tok, J. B. H.; Bao, Z. N. Adv. Mater. 2019, 31, 1903912.
[21] Sim, K.; Rao, Z. Y.; Kim, H. J.; Thukral, A.; Shim, H.; Yu, C. J. Sci. Adv. 2019, 5, 10.
[22] Müller, C.; Goffri, S.; Breiby, D. W.; Andreasen, J. W.; Chanzy, H. D.; Janssen, R. A. J.; Nielsen, M. M.; Radano, C. P.; Sirringhaus, H.; Smith, P.; Stingelin-Stutzmann, N. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 2674.
[23] Peng, R.; Pang, B.; Hu, D. Q.; Chen, M. J.; Zhang, G. B.; Wang, X. H.; Lu, H. B.; Cho, K.; Qiu, L. Z. J. Mater. Chem. C 2015, 3, 3599.
[24] Mun, J.; Wang, G.-J. N.; Oh, J. Y.; Katsumata, T.; Lee, F. L.; Kang, J.; Wu, H.-C.; Lissel, F.; Rondeau-Gagne, S.; Tok, J. B. H.; Bao, Z. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1804222.
[25] Zhao, Y.; Gumyusenge, A.; He, J.; Qu, G.; McNutt, W. W.; Long, Y.; Zhang, H.; Huang, L.; Diao, Y.; Mei, J. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1705584.
[26] Liang, J.; Li, L.; Tong, K.; Ren, Z.; Hu, W.; Niu, X.; Chen, Y.; Pei, Q. ACS Nano 2014, 8, 1590.
[27] Liang, J. J.; Li, L.; Chen, D.; Hajagos, T.; Ren, Z.; Chou, S. Y.; Hu, W.; Pei, Q. B. Nat. Commun. 2015, 6, 7647.
[28] Chortos, A.; Koleilat, G. I.; Pfattner, R.; Kong, D. S.; Lin, P.; Nur, R.; Lei, T.; Wang, H. L.; Liu, N.; Lai, Y. C.; Kim, M. G.; Chung, J. W.; Lee, S.; Bao, Z. N. Adv. Mater. 2016, 28, 4441.
[29] Li, L.; Liang, J. J.; Gao, H. E.; Li, Y.; Niu, X. F.; Zhu, X. D.; Xiong, Y.; Pei, Q. B. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 40523.
[30] Savagatrup, S.; Makaram, A. S.; Burke, D. J.; Lipomi, D. J. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 1169.
[31] Yu, Z. B.; Niu, X. F.; Liu, Z. T.; Pei, Q. B. Adv. Mater. 2011, 23, 3989.
[32] Liang, J.; Li, L.; Niu, X.; Yu, Z.; Pei, Q. Nat. Photonics 2013, 7, 817.
[33] Wu, X.; Lan, S.; Hu, D.; Chen, Q.; Li, E.; Yan, Y.; Chen, H.; Guo, T. J. Mater. Chem. C 2019, 7, 9229.
[34] Zhong, J.; Wu, X.; Lan, S.; Fang, Y.; Chen, H.; Guo, T. ACS Photonics 2018, 5, 3712.
[35] Yang, H.; Liu, Y.; Wu, X.; Yan, Y.; Wang, X.; Lan, S.; Zhang, G.; Chen, H.; Guo, T. Adv. Electron. Mater. 2019, 1900864.
[36] Kang, M.; Lee, S. A.; Jang, S.; Hwang, S.; Lee, S. K.; Bae, S.; Hong, J. M.; Lee, S. H.; Jeong, K. U.; Lim, J. A.; Kim, T. W. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 22575.
[37] Han, S. T.; Zhou, Y.; Roy, V. A. L. Adv. Mater. 2013, 25, 5425.
[38] Hong, S. Y.; Kim, M. S.; Park, H.; Jin, S. W.; Jeong, Y. R.; Kim, J. W.; Lee, Y. H.; Sun, L.; Zi, G.; Ha, J. S. Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 9.
[39] Zhu, C. X.; Chortos, A.; Wang, Y.; Pfattner, R.; Lei, T.; Hinckley, A. C.; Pochorovski, I.; Yan, X. Z.; To, J. W. F.; Oh, J. Y.; Tok, J. B. H.; Bao, Z. N.; Murmann, B. Nat. Electron. 2018, 1, 183.
[40] Zhu, C.; Wu, H. C.; Nyikayaramba, G.; Bao, Z. N.; Murmann, B. IEEE Electron Device Lett. 2019, 40, 1630.
[41] Zang, Y.; Zhang, F.; Huang, D.; Di, C.-a.; Zhu, D. Adv. Mater. 2015, 27, 7979.
[42] Shim, H.; Sim, K.; Ershad, F.; Yang, P. Y.; Thukral, A.; Rao, Z.; Kim, H. J.; Liu, Y. H.; Wang, X.; Gu, G. Y.; Gao, L.; Wang, X. R.; Chai, Y.; Yu, C. J. Sci. Adv. 2019, 5, 11.
[43] Molina-Lopez, F.; Gao, T. Z.; Kraft, U.; Zhu, C.; Ohlund, T.; Pfattner, R.; Feig, V. R.; Kim, Y.; Wang, S.; Yun, Y.; Bao, Z. Nat. Commun. 2019, 10, 2676.
[44] Matsuhisa, N.; Jiang, Y.; Liu, Z. Y.; Chen, G.; Wan, C. J.; Kim, Y.; Kang, J.; Tran, H.; Wu, H. C.; You, I.; Bao, Z. N.; Chen, X. D. Adv. Electron. Mater. 2019, 5, 1900347.
[45] Li, Y. Z.; Wang, N. X.; Yang, A. N.; Ling, H. F.; Yan, F. Adv. Electron. Mater. 2019, 5, 7.
[46] Yin, D.; Feng, J.; Ma, R.; Liu, Y. F.; Zhang, Y. L.; Zhang, X. L.; Bi, Y. G.; Chen, Q. D.; Sun, H. B. Nat. Commun. 2016, 7, 11573.
[47] Kim, T. H.; Lee, C. S.; Kim, S.; Hur, J.; Lee, S.; Shin, K. W.; Yoon, Y. Z.; Choi, M. K.; Yang, J.; Kim, D. H.; Hyeon, T.; Park, S.; Hwang, S. ACS Nano 2017, 11, 5992.
[48] Hu, D.; Xu, X.; Miao, J.; Gidron, O.; Meng, H. Materials 2018, 11, 184.
[49] Wang, X.; Sun, J.; Dong, L.; Lv, C.; Zhang, K.; Shang, Y.; Yang, T.; Wang, J.; Shan, C.-X. Nano Energy 2019, 58, 410.
[50] Shin, H.; Sharma, B. K.; Lee, S. W.; Lee, J.-B.; Choi, M.; Hu, L.; Park, C.; Choi, J. H.; Kim, T. W.; Ahn, J.-H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 14222.
[51] Wang, J. X.; Lee, P. S. Nanophotonics 2017, 6, 435.
[52] Larson, C.; Peele, B.; Li, S.; Robinson, S.; Totaro, M.; Beccai, L.; Mazzolai, B.; Shepherd, R. Science 2016, 351, 1071.
[53] Tan, Y. J.; Godaba, H.; Chen, G.; Tan, S. T. M.; Wan, G.; Li, G.; Lee, P. M.; Cai, Y.; Li, S.; Shepherd, R. F.; Ho, J. S.; Tee, B. C. K. Nat. Materials 2020, 19, 182.
[54] Chou, H. H.; Nguyen, A.; Chortos, A.; To, J. W. F.; Lu, C.; Mei, J. G.; Kurosawa, T.; Bae, W. G.; Tok, J. B. H.; Bao, Z. N. Nat. Commun. 2015, 6, 8011.
[55] Yin, D.; Jiang, N.-R.; Liu, Y.-F.; Zhang, X.-L.; Li, A.-W.; Feng, J.; Sun, H.-B. Light-Sci. Appl. 2018, 7, 262.
[56] An, T. C.; Ling, Y. Z.; Gong, S.; Zhu, B. W.; Zhao, Y. M.; Dong, D. S.; Yap, L. W.; Wang, Y.; Cheng, W. L. Adv. Mater. Technol. 2019, 4, 1800473.
[57] Huang, Y.; Zhong, M.; Huang, Y.; Zhu, M. S.; Pei, Z. X.; Wang, Z. F.; Xue, Q.; Xie, X. M.; Zhi, C. Y. Nat. Commun. 2015, 6, 10310.
[58] Park, S.; Lee, H.; Kim, Y. J.; Lee, P. S. NPG Asia Mater. 2018, 10, 11.
[59] Siddiqui, S.; Lee, H. B.; Kim, D.-I.; Le Thai, D.; Hanif, A.; Lee, N.-E. Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1701520.
[60] Pu, X.; Liu, M. M.; Chen, X. Y.; Sun, J. M.; Du, C. H.; Zhang, Y.; Zhai, J. Y.; Hu, W. G.; Wang, Z. L. Sci. Adv. 2017, 3, 1700015.
[61] Zou, Y.; Tan, P.; Shi, B.; Ouyang, H.; Jiang, D.; Liu, Z.; Li, H.; Yu, M.; Wang, C.; Qu, X.; Zhao, L.; Fan, Y.; Wang, Z. L.; Li, Z. Nat. Commun. 2019, 10, 2695.
[62] Zhao, S.; Zhu, R. Acta Chim. Sinica 2019, 77, 1250(in Chinese). (赵帅, 朱荣, 化学学报, 2019, 77, 1250.)
[63] Qian, X.; Su, M.; Li, F. Y.; Song, Y. L. Acta Chim. Sinica 2016, 74, 565(in Chinese). (钱鑫, 苏萌, 李风煜, 宋延林, 化学学报, 2016, 74, 565.)
[64] Jian, M. Q.; Xia, K. L.; Wang, Q.; Yin, Z.; Wang, H. M.; Wang, C. Y.; Xie, H. H.; Zhang, M. C.; Zhang, Y. Y. Adv. Funct. Mater. 2017, 27, 1606066.
[65] Liao, X. Q.; Wang, W. S.; Wang, L.; Tang, K.; Zheng, Y. J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 2431.
[66] Chen, H. T.; Su, Z. M.; Song, Y.; Cheng, X. L.; Chen, X. X.; Meng, B.; Song, Z. J.; Chen, D. M.; Zhang, H. X. Adv. Funct. Mater. 2017, 27, 1604434.
[67] Boutry, C. M.; Kaizawa, Y.; Schroeder, B. C.; Chortos, A.; Legrand, A.; Wang, Z.; Chang, J.; Fox, P.; Bao, Z. N. Nat. Electron. 2018, 1, 314.
[68] Cataldi, P.; Dussoni, S.; Ceseracciu, L.; Maggiali, M.; Natale, L.; Metta, G.; Athanassiou, A.; Bayer, I. S. Adv. Sci. 2018, 5, 10.
[69] Wang, X. D.; Zhang, Y. F.; Zhang, X. J.; Huo, Z. H.; Li, X. Y.; Que, M. L.; Peng, Z. C.; Wang, H.; Pan, C. F. Adv. Mater. 2018, 30, 8.
[70] Ren, Z. W.; Nie, J. H.; Xu, L.; Jiang, T.; Chen, B. D.; Chen, X. Y.; Wang, Z. L. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 9.
[71] Trung, T. Q.; Dang, T. M. L.; Ramasundaram, S.; Toi, P. T.; Park, S. Y.; Lee, N. E. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 2317.
[72] Trung, T. Q.; Ramasundaram, S.; Hwang, B. U.; Lee, N. E. Adv. Mater. 2016, 28, 502.
[73] Song, Z. L.; Huang, Z.; Liu, J. Y.; Hu, Z. X.; Zhang, J. B.; Zhang, G. Z.; Yi, F.; Jiang, S. L.; Lian, J. B.; Yan, J.; Zang, J. F.; Liu, H. ACS Sens. 2018, 3, 1048.
[74] Park, J.; Kim, J.; Kim, S. Y.; Cheong, W. H.; Jang, J.; Park, Y. G.; Na, K.; Kim, Y. T.; Heo, J. H.; Lee, C. Y.; Lee, J. H.; Bien, F.; Park, J. U. Sci. Adv. 2018, 4, 9841.
[75] Wang, Z.; Wang, X.; Li, M.; Gao, Y.; Hu, Z.; Nan, T.; Liang, X.; Chen, H.; Yang, J.; Cash, S.; Sun, N.-X. Adv. Mater. 2016, 28, 9370.
[76] Hua, Q. L.; Sun, J. L.; Liu, H. T.; Bao, R. R.; Yu, R. M.; Zhai, J. Y.; Pan, C. F.; Wang, Z. L. Nat. Commun. 2018, 9, 244.
[77] Hsu, L. C.; Shih, C. C.; Hsieh, H. C.; Chiang, Y. C.; Wu, P. H.; Chueh, C. C.; Chen, W. C. Polym. Chem. 2018, 9, 5145.
[78] Ban, C. Y.; Wang, X. J.; Zhou, Z.; Mao, H. W.; Cheng, S.; Zhang, Z. P.; Liu, Z. D.; Li, H.; Liu, J. Q.; Huang, W. Sci. Rep. 2019, 9, 7.
[79] Gui, Q. Y.; Zhou, Y.; Liao, S. L.; He, Y. L.; Tang, Y. F.; Wang, Y. P. Soft Matter 2019, 15, 393.
[80] Yang, M. H.; Zhao, X. L.; Tang, Q. X.; Cui, N.; Wang, Z. Q.; Tong, Y. H.; Liu, Y. C. Nanoscale 2018, 10, 18135.
[81] van de Burgt, Y.; Lubberman, E.; Fuller, E. J.; Keene, S. T.; Faria, G. C.; Agarwal, S.; Marinella, M. J.; Talin, A. A.; Salleo, A. Nat. Materials 2017, 16, 414.
[82] Zhou, L.; Mao, J. Y.; Ren, Y.; Han, S. T.; Roy, V. A. L.; Zhou, Y. Small 2018, 14, 1703126.
[83] Besse, N.; Rosset, S.; Zarate, J. J.; Shea, H. Adv. Mater. Technol. 2017, 2, 1700102.
[84] Wei, J.; Wang, F.; Zhang, L. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 29161.
[85] Zhao, P.; Xu, B.; Zhang, Y.; Li, B.; Chen, H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 15716.
[86] Liu, Y. R. N.; Yang, T. Y.; Zhang, Y. Y.; Qu, G.; Wei, S. S.; Liu, Z.; Kong, T. T. Adv. Mater. 2019, 31, 1902783.
[87] Roudjane, M.; Bellemare-Rousseau, S.; Khalil, M.; Gorgutsa, S.; Miled, A.; Messaddeq, Y. Sensors 2018, 18, 973.
[88] Li, Y.; Tian, X.; Gao, S.-P.; Jing, L.; Li, K.; Yang, H.; Fu, F.; Lee, J. Y.; Guo, Y.-X.; Ho, J. S.; Chen, P.-Y. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1907451.
[89] Wang, S. H.; Xu, J.; Wang, W. C.; Wang, G. J. N.; Rastak, R.; Molina-Lopez, F.; Chung, J. W.; Niu, S. M.; Feig, V. R.; Lopez, J.; Lei, T.; Kwon, S. K.; Kim, Y.; Foudeh, A. M.; Ehrlich, A.; Gasperini, A.; Yun, Y.; Murmann, B.; Tok, J. B. H.; Bao, Z. N. Nature 2018, 555, 83.
[90] Oh, J. Y.; Bao, Z. N. Adv. Sci. 2019, 6, 1900186.
[91] Biswas, S.; Schoeberl, A.; Hao, Y. F.; Reiprich, J.; Stauden, T.; Pezoldt, J.; Jacobs, H. O. Nat. Commun. 2019, 10, 8.
[92] Zhang, S. X.; Shao, X. F. Acta Chim. Sinica 2018, 76, 531(in Chinese). (张尚玺, 邵向锋, 化学学报, 2018, 76, 531.)
Outlines

/