基于柔性多孔有機聚合物膜的質子場效應晶體管
發布時間：2020-09-02 作者：harry 分享到：
身處于信息時代的今天，我們所用的各種電子產品，從手機到電子計算機都是通過電子來傳輸信號和信息，對于人及其他生物體系來說，卻是借助離子或質子來傳遞信號并執行信息任務。質子傳導在生物體系中普遍存在，例如線粒體中的氧化磷酸化，細菌視紫紅質中的質子泵效應以及葛蘭素的解偶聯膜電位都與質子傳輸有關。研制能夠直接監測和調控質子傳輸的器件對于生物過程監控、仿生模擬和人機界面構建等具有重要意義。質子場效應晶體管（質子-FET）由于能直接監測質子電流并通過調控柵壓對質子電流進行**調控，已成為學術界研究熱點。然而相比于電子-FET，目前只有少數幾種材料成功應用于質子-FET。探索新型質子傳導材料并用于質子-FET器件是生物信息領域亟需要解決的問題。中科院福建物構所王瑞虎課題組和徐剛課題組報道了基于柔性多孔有機聚合物膜（POPM）的質子-FET。通過1,3,5-三（4-氨基苯基）苯和對苯二硫脲的縮合反應制備了一類POPM，其豐富的網絡結構和廣泛存在的氫鍵能夠**的“鎖住” H3PO4分子，在常溫（25℃）高濕（98% RH）下其質子電導率可達2.8×10-3 S cm-1。進一步通過器件制作工藝，成功研制出基于POPM的質子-FET器件。器件電學測試表明POPM的質子遷移率高達5.7×10-3 cm2 V-1·s-1, 通過增加柵壓可以將POPM質子濃度從4.3×1017cm-3調節為14.1×1017 cm-3。研究結果表明POPM作為質子-FET的通道材料具有**的器件性能，為生物信息材料的研究開拓了新思路。該成果以題為“Flexible Porous Organic Polymer Membranes for Protonic Field-Effect Transistors”發表在國際**期刊Adv. Mater.上。d,e）POPM-干凝膠的固態13C NMR核磁共振譜和N2吸附等溫線e）POPM的HAADF-STEM和EDX映射圖像a）POPM在25oC下不同RH的Nyquist圖c）POPM在98％RH下不同溫度的Nyquist圖通過設計合成柔性高質子導電POPM，成功研制出基于POPM的質子-FET器件，并表現出**的質子遷移率和強的質子電流調控力。相比于之前報道的質子-FET器件通道材料，POPM模塊化合成方式和結構易修飾性為后續導電膜材料及質子-FET器件的性能調控提供了豐富的選擇。同時，質子-FET器件的研制**開拓了POPM應用范圍，使POPM有望在生物傳感、仿生模擬和人機界面構建等方面實現廣泛應用。該論文作者鐘鴻助理研究員和吳國棟博士。王瑞虎研究員和徐剛研究員為通訊作者，中科院福建物構所為論文**單位。文獻鏈接：Flexible Porous Organic Polymer Membranes for Protonic Field-Effect Transistors. Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.202000730.
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