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  有機聚合物電化學晶體管(OECT)因其高跨導、低驅動電壓、水溶液環境兼容的特點在生物/柔性電子學領域展現出廣泛的應用前景。有機電化學晶體管通過引入電解質層取代傳統的絕緣層，利用離子摻雜活性層薄膜實現對有機半導體薄膜載流子濃度的調控，從而可以在較低驅動電壓下獲得較高電流。然而高性能的電化學晶體管需要同時平衡氧化還原化學、薄膜中電子輸運以及離子滲透與傳輸。其中離子的滲透和輸運對于目前大部分高遷移率共軛聚合物都是一個主要問題。因為從傳統場效應晶體管開發的聚合物多是疏水的，不利于水溶性溶液中離子的注入，進而限制了其電化學晶體管的性能。

  針對高遷移率共軛聚合物較差的離子滲透和遷移能力問題，遲力峰教授課題組與美國西北大學Tobin Marks課題組合作通過自然誘導的溶液呼吸法構筑系列多孔結構活性層以改善共軛聚合物的離子注入能力，提高電化學晶體管的性能。通過系統對比多孔和致密薄膜的器件性能、電容和開關速率等性質，發現基于多孔結構的疏水性DPPDTT和P3HT薄膜， 可獲得相比均勻致密薄膜更高的跨導和更快的開啟速率。此外，多孔形態同樣可提高親水性聚合物的摻雜程度而得到更高性能的電化學晶體管。圖1和2分別給出了系列聚合物的多孔薄膜形態、結構及其電化學器件性能。

圖1. 本研究用的聚合物分子結構及其多孔結構的SEM、AFM圖 b,e) DPPDTT; c,f) P3HT, d,g) Pg2T-T.

圖2. 基于均勻致密和多孔聚合物薄膜的電化學晶體管器件結構和器件性能對比圖。

  該研究近日以“Porous Semiconducting Polymers Enable High-Performance Electrochemical Transistors”發表于Adv. Mater. 2021, 2007041。文章的第一作者是遲力峰教授團隊的黃麗珍副教授。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202007041