在水相中具有高跨導(dǎo)和高穩(wěn)定性的有機(jī)電化學(xué)晶體管(OECT)作為有潛力的生物離子-電子換能器受到了普遍的關(guān)注。基于OECT的生物電子設(shè)備已成功用于檢測葡萄糖、DNA和激素。它們具有高靈敏度和低驅(qū)動電壓，在生理環(huán)境中表現(xiàn)出低阻抗，因此可用于生物診斷和**的穩(wěn)定電生理信號記錄。但是，**的關(guān)于OECT的報道，大多數(shù)都采用了旋涂的工藝來進(jìn)行OECT器件的制備，這一方式限制了OECT的大面積制備與多樣化的制造（指不同材質(zhì)形狀的基板）。此外，常見的微加工和光刻技術(shù)與各種非平面柔性材料以及各種形狀的彎曲基板不相容。

       南洋理工大學(xué)的Wei Lin Leong課題組報道了一種通過噴涂沉積來制造離子液體摻雜的PEDOT:PSS材料（聚(乙撐二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸鹽）的方法，使得其能夠在諸多復(fù)雜的基底上進(jìn)行圖案化制造。

PEDOT:PSS作為一種優(yōu)秀的混合離子電子導(dǎo)電聚合物，在OECT中應(yīng)用較為普遍。在該課題組之前的研究中，離子液體被證明可以改善聚合物纖維的形態(tài)與聚集，**提高空穴傳輸和離子滲透的能力，從而提高其性能。在這里，此前的研究提到的三氰甲基咪唑鹽離子液與PEDOT:PSS作用力較強(qiáng)、粘度較高，不適用于噴涂沉積，因此選用了作用較弱的水溶性離子液[EMIM][Cl]。研究者將一定比例的PEDOT:PSS水溶液、[EMIM][Cl]水溶液與(3-縮水甘油丙氧基)三甲氧基硅烷混合，室溫下攪拌1 h后用商用噴槍噴涂到準(zhǔn)備好的基底上，噴涂時基底溫度保持100 °C，相對濕度65%。

該法制備的OECT在各方面性能上均不遜色于傳統(tǒng)方法制備的晶體管。為了證明噴涂沉積法在有機(jī)電化學(xué)晶體管制造中的普適性，作者還研究了噴涂沉積PEDOT:PSS/[EMIM][Cl]在多種基材上的電學(xué)性能和穩(wěn)定性，包括基于乙基纖維素和天然樹葉的可生物降解柔性基材，以及基于粘性繃帶和聚苯乙烯嵌段-聚(乙烯-丙烯-丁烯)-嵌段-聚苯乙烯(SEBS)彈性體的彈性基材（如圖2）。

乙基纖維素和SEBS基質(zhì)非常薄，分別約5.2 μm和28 μm厚。圖2(a)、(c)、(e)和(g)顯示了不同基底上噴射沉積的圖像（約400 nm厚）。噴射沉積法允許在這些襯底上制造100 μm到250 μm的精細(xì)圖案。更重要的是，所有這些噴射沉積的器件都表現(xiàn)出良好的器件性能，在乙基纖維素基、葉基、粘性繃帶基和SEBS基襯底上分別具有8.8 mS、6.8 mS、5.3 mS和6.7 mS的高跨導(dǎo)。相關(guān)的漏極電流響應(yīng)時間分別為1.93 ms、0.93 ms、0.74 ms和0.72 ms。在200次脈沖測量循環(huán)后，器件仍顯示出高的電穩(wěn)定性(V_G從-0.4 V變化到0.6 V，脈沖長度= 0.5 s, V_D = -0.5 V)。

總而言之，本文成功地展示了一種簡便的噴涂沉積技術(shù)來制造具有高跨導(dǎo)和出色穩(wěn)定性的基于PEDOT:PSS的OECT。這里的圖形化制造不涉及有機(jī)溶劑或復(fù)雜的光刻技術(shù)，能夠直接在各種柔性基板上獲得聚合物導(dǎo)電通道。該器件在0.1 M NaCl電解質(zhì)中連續(xù)進(jìn)行4000多次循環(huán)的脈沖柵極測量期間顯示出出色的穩(wěn)定性。在環(huán)境條件下則觀察到六個月的長期穩(wěn)定性。本研究發(fā)現(xiàn)將有助于將OECT轉(zhuǎn)換為實際應(yīng)用。

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.0c04776

原文作者：

Xihu Wu, Abhijith Surendran, Maximilian Moser, Shuai Chen, Bening Tirta Muhammad, Iuliana Petruta Maria, Iain McCulloch and Wei Lin Leong

DOI: 10.1021/acsami.0c04776