基于柔性多孔有機聚合物膜的質(zhì)子場效應晶體管
發(fā)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(chǎn)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(zhì)子來傳遞信號并執(zhí)行信息任務。質(zhì)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(zhì)中的質(zhì)子泵效應以及葛蘭素的解偶聯(lián)膜電位都與質(zhì)子傳輸有關(guān)。研制能夠直接監(jiān)測和調(diào)控質(zhì)子傳輸?shù)钠骷τ谏镞^程監(jiān)控、仿生模擬和人機界面構(gòu)建等具有重要意義。質(zhì)子場效應晶體管（質(zhì)子-FET）由于能直接監(jiān)測質(zhì)子電流并通過調(diào)控柵壓對質(zhì)子電流進行**調(diào)控，已成為學術(shù)界研究熱點。然而相比于電子-FET，目前只有少數(shù)幾種材料成功應用于質(zhì)子-FET。探索新型質(zhì)子傳導材料并用于質(zhì)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(gòu)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(zhì)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(wǎng)絡結(jié)構(gòu)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(zhì)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(zhì)子-FET器件。器件電學測試表明POPM的質(zhì)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(zhì)子濃度從4.3×1017cm-3調(diào)節(jié)為14.1×1017 cm-3。研究結(jié)果表明POPM作為質(zhì)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(fā)表在國際**期刊Adv. Mater.上。d,e）POPM-干凝膠的固態(tài)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d）98％RH下POPM隨溫度變化的質(zhì)子電導率基于POPM的質(zhì)子FET的示意圖及其工作機制通過設計合成柔性高質(zhì)子導電POPM，成功研制出基于POPM的質(zhì)子-FET器件，并表現(xiàn)出**的質(zhì)子遷移率和強的質(zhì)子電流調(diào)控力。相比于之前報道的質(zhì)子-FET器件通道材料，POPM模塊化合成方式和結(jié)構(gòu)易修飾性為后續(xù)導電膜材料及質(zhì)子-FET器件的性能調(diào)控提供了豐富的選擇。同時，質(zhì)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(gòu)建等方面實現(xiàn)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(gòu)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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