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中山大学岳晚教授课题组在有机电化学晶体管(OECT)材料方面取得重要进展
2019-11-27  来源:高分子科技

  有机生物电子学是利用共轭聚合物在生物系统中其独特的电荷和离子传输性能而发展起来的一种器件。在这众多的生物电子器件中,电化学晶体管可以构筑在适合的基底上,能够传输微弱的生物信号。这些优点以及低于1V的工作电压特点,使得OECTs在在体内和体外能够放大微弱的生物信号。然而目前的OECTs材料存在着一系列问题,从而限制了其广泛的应用,其中两个关键因素:一,操作稳定性;二,基底粘附性。

Figure 1. Chemical structure of Polymers

  针对操作稳定性和基底粘附性,中山大学岳晚教授课题组根据不同的侧链设计了以上五种聚合物,并对这五种聚合物的掺杂过程、晶体结构、形貌特征以及OECT性能进行了表征。

Figure 2. Output, transfer, and switching (drain current ID and applied gate voltage VG pulses) characteristics of the OECTs fabricated using (a, b, c) PIBET-AO, (d, e, f) PIBET-O, and (h, i, j) PIBET-BO as active materials. All transfer and switching characteristics have been acquired at constant drain voltage VD = – 0.6 V. 

  其中PIBET-AO表现出很高的性能,最大跨导(gm)达到了14 mS,开始电压(Vth)0.44 V, 最大开关比达到了2.2 x 104。对PIBET-AO和PIBET-O进行了操作稳定性的研究,发现PIBET-O进行了40 min的运行,电流下降了90%,而PIBET-AO运行6 h,3628圈循环,电流基本保持不变,表现出超高的操作稳定性,并且对其机理进行了解释。

  此外,对PIBET-AO和PIBET-O基底粘附性进行了研究,在模拟人体体液电解质中,进行了1.5 h的超声,之后再将其进行器件表征,发现PIBET-AO的电流基本不变,而PIBET-O的电流变成了0。从而说明了PIBET-AO表现出了极高的基底粘附性,又将PIBET-AO涂在柔性衬底PET上,超声后对其紫外吸收做了表征,发现吸收曲线和之前的吸收基本不变,从而说明PIBET-AO具备用来制作柔性可穿戴器件的潜力。

  乙二醇-烷基链混合链在不降低跨导性能的前提下,提高了器件的操作稳定性和基底粘附性,为OECT材料的实际应用提供了重要的方法和策略,并且具有应用到柔性器件上的巨大潜力。

  相关成果发表在Chemistry of Materials(Yazhou Wang, Erica Zeglio*, Hailiang Liao, Jinqiu Xu, Feng Liu, Zhengke Li, Iuliana Petruta Maria, Damia Mawad, Anna Herland, Iain McCulloch, and Wan Yue*. DOI: 10.1021/acs.chemmater.9b03798), 该论文的第一作者为中山大学材料科学与工程学院王亚洲博士,通讯作者为岳晚教授。岳晚教授主要从事有机共轭结构的分子和器件设计以及应用的拓展,个人首页:http://mse.sysu.edu.cn/node/530

  致谢:感谢论文共同通讯作者为澳大利亚新南威尔士大学Erica Zeglio提供的器件方面的支持,感谢李正珂副教授,感谢廖海良于亚苹博士,硕士研究生罗祎格、姚丽萍、郭彦君,其中特别感谢本科生徐玉淳、薛香、杨欣茹

  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.9b03798

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(责任编辑:xu)
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