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yexuqing木蟲(chóng)之王 (文學(xué)泰斗)
太陽(yáng)系系主任
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劉云圻課題組在有機(jī)電化學(xué)晶體管仿生應(yīng)用方面取得新進(jìn)展 已有1人參與
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劉云圻課題組在有機(jī)電化學(xué)晶體管仿生應(yīng)用方面取得新進(jìn)展 2023-05-11 | 編輯：lry | 【大 中 小】【打印】【關(guān)閉】 仿生器件通過(guò)結(jié)合對(duì)生物體的模擬和研究，推動(dòng)了智能電子的發(fā)展，而智能電子的物體識(shí)別能力是取代人類(lèi)感官的一個(gè)重要選項(xiàng)，這使其能夠與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行交互感知。但目前用于識(shí)別物體的技術(shù)受限于高的操作電壓、復(fù)雜的外圍電路，且大多依賴(lài)于電子傳輸, 這與生物體內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)以離子運(yùn)輸?shù)男问讲患嫒荨? 有機(jī)電化學(xué)晶體管是一類(lèi)具有廣闊應(yīng)用前景的有機(jī)晶體管，其溝道與電解質(zhì)直接接觸，并通過(guò)離子摻雜和去摻雜的方式調(diào)節(jié)溝道電導(dǎo)。該特性使其能夠作為低工作電壓（< 1 V）的傳感信號(hào)放大器，并且離子–電子相互作用使其可作為生物學(xué)和電子學(xué)之間的交互接口。因此，利用電化學(xué)晶體管開(kāi)發(fā)低功耗、多感知和生物兼容的仿生系統(tǒng)是一種可行的方案。 在科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委和中國(guó)科學(xué)院的支持下，化學(xué)所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉云圻課題組在低壓仿生器件領(lǐng)域展開(kāi)創(chuàng)新探索并取得重要進(jìn)展。 他們首次提出了基于全聚合物電化學(xué)晶體管的觸覺(jué)/味覺(jué)離電感受器（如圖1A所示）。該傳感器每層均由聚合物材料組成，具有很高的生物相容性和柔性。得益于固有的離電特性，其工作電壓僅為0.1 V，比報(bào)道的人工感知受體器件低1到2個(gè)量級(jí)。同時(shí)，單個(gè)器件就可以準(zhǔn)確地識(shí)別由人類(lèi)觸覺(jué)和味覺(jué)系統(tǒng)感知的多種目標(biāo)物體，而無(wú)需復(fù)雜的外圍電路（圖1B）。此外電化學(xué)晶體管的低器件密度阻礙了它的進(jìn)一步應(yīng)用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員使用172 nm準(zhǔn)分子紫外光刻技術(shù)將器件圖案化，聚（3，4-乙烯二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT  SS）作為器件的源極，漏極，柵極和活性層，最終作者成功制備出溝道長(zhǎng)度為2 μm、器件密度高達(dá)104167個(gè)/cm2，成品率為97%的晶體管柔性陣列（圖1C），器件密度比其它報(bào)道值高出1–5個(gè)數(shù)量級(jí)。相關(guān)研究成果近期發(fā)表在《Advanced Materials》(DOI: 10.1002/adma.202300242)，論文第一作者為博士生劉國(guó)才，通訊作者為郭云龍研究員和劉云圻院士。 圖 A）生物感知受體和電化學(xué)晶體管離子傳輸示意圖。B）物體識(shí)別示意圖及信號(hào)輸出。C）準(zhǔn)分子紫外光刻制備高密度器件陣列。 有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2023年5月11日 |
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