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基于Sigmoid函数的pH敏感有机电化学晶体管Ⅰ-Ⅴ特性理论模型
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作者 王振兴 张帆 +5 位作者 季超 王彬 柴晓杰 冀健龙 张文栋 桑胜波 《太原理工大学学报》 北大核心 2025年第6期1208-1216,共9页
【目的】前期基于聚3,4-乙烯二氧噻吩/溴百里酚蓝氢离子敏感薄膜以及聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐为半导体层构建了pH传感器,并提出了pH敏感有机电化学晶体管的电流-电压(Ⅰ-Ⅴ)特性的理论模型。然而该模型在描述有机电化学晶体... 【目的】前期基于聚3,4-乙烯二氧噻吩/溴百里酚蓝氢离子敏感薄膜以及聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐为半导体层构建了pH传感器,并提出了pH敏感有机电化学晶体管的电流-电压(Ⅰ-Ⅴ)特性的理论模型。然而该模型在描述有机电化学晶体管跨导曲线时不够精确。为了提升模型准确性,使用Sigmoid函数对pH敏感有机电化学晶体管的Ⅰ-Ⅴ关系进行修正,理论分析对转移曲线、跨导曲线的拟合优度分别可高达0.999与0.984。【方法】分析Sigmoid函数泰勒级数特征后,在多项式中分别引入栅极电压与pH高阶项,修正了pH敏感有机电化学晶体管Ⅰ-Ⅴ特性的理论模型。【结果】该修正理论模型对跨导曲线实验结果的拟合优度提高了9.2%,最终以峰值跨导、峰值跨导对应栅压作为传感参数对修正理论模型的有效性、准确性进行了验证。【结论】研究结果为pH敏感有机电化学晶体管提供了普适的Ⅰ-Ⅴ特性关系,将为柔性可穿戴pH传感器设计与制造提供理论支撑。 展开更多
关键词 有机电化学晶体管 SIGMOID函数 电流-电压特性方程
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pH敏感有机电化学晶体管I-V特性及其电压依赖性 被引量:2
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作者 李诗嘉 王振兴 +5 位作者 牛焱 王彬 桑胜波 张文栋 高杨 冀健龙 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第13期395-403,共9页
pH敏感的有机电化学晶体管有望广泛用于可穿戴电子设备进行生理指标原位监测.然而,pH敏感的有机电化学晶体管电流-电压(I-V)特性关系尚不明确,这严重制约其设计、优化与应用等方面的发展.本文联合电化学平衡方程与栅极/电解液、半导体沟... pH敏感的有机电化学晶体管有望广泛用于可穿戴电子设备进行生理指标原位监测.然而,pH敏感的有机电化学晶体管电流-电压(I-V)特性关系尚不明确,这严重制约其设计、优化与应用等方面的发展.本文联合电化学平衡方程与栅极/电解液、半导体沟道/电解液界面微分电容串联物理模型构建了pH敏感的有机电化学晶体管I-V特性方程.进一步,以聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐为半导体层材料,以pH敏感聚合物(聚3,4-乙烯二氧噻吩/溴百里酚蓝)修饰晶体管栅极,构建pH敏感的有机电化学晶体管.测试晶体管输出、转移及pH响应特征,验证I-V特性方程的有效性.实验结果表明,该有机电化学晶体管的pH检测灵敏度为0.22 mA·pH·unit^(–1),并且晶体管pH响应具有栅极电压依赖特性.引入栅极电压多项式进一步修正晶体管I-V特性方程.理论模型对转移曲线实验结果的拟合优度达到0.998.峰值跨导对应栅极电压位置、pH灵敏度响应栅极电压的实验及理论预测结果比较亦可表明修正理论模型的有效性.研究结果可为基于pH敏感有机电化学晶体管的柔性生物传感器设计与制造提供理论支撑. 展开更多
关键词 有机电化学晶体管 电流-电压特性方程
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双极电化学法制备有机电化学晶体管阵列 被引量:1
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作者 付银鹏 王红旺 +4 位作者 王靖宵 王磊 菅傲群 张文栋 冀健龙 《半导体技术》 CAS 北大核心 2020年第7期524-529,共6页
有机电化学晶体管(OECT)被广泛应用于生物传感领域,制备阵列化器件有利于提高传感器的测试通量,降低制造成本。研究了双极电化学在OECT交流电沉积制备中的应用。基于扫描电子显微镜和数字源表,探究了交流电压频率对聚(3,4-乙烯二氧噻吩... 有机电化学晶体管(OECT)被广泛应用于生物传感领域,制备阵列化器件有利于提高传感器的测试通量,降低制造成本。研究了双极电化学在OECT交流电沉积制备中的应用。基于扫描电子显微镜和数字源表,探究了交流电压频率对聚(3,4-乙烯二氧噻吩)∶聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)薄膜形貌和OECT器件性能的影响。实验结果表明,交流电压频率从100 Hz增加到1 000 Hz时,PEDOT∶PSS薄膜的宽度从7.5μm减小到3μm,器件的最大跨导值从1.5 mS减小到0.2 mS,电流开关比从330降低到78,响应时间从9.42 ms下降到4.25 ms。使用该方法制备的OECT具有较好的重复性。最后,将微电极对的个数增加到5对,制备了1×5 OECT阵列器件,OECT阵列的性能具有较好的均一性。 展开更多
关键词 聚(3 4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT) 双极电化学 有机电化学晶体管(OECT) 生物传感器 阵列
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Organic Electrochemical Transistor based on Polypyrrole/ Crosslinked Chitosan/Nylon Fibers 被引量:3
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作者 ZHU Rufeng WANG Yao +2 位作者 TAO Yang CHEN Yuanli WANG Yuedan 《Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science)》 SCIE EI CAS 2022年第6期1080-1086,共7页
Glutaraldehyde(GA)crosslinked chitosan(CHIT)was modified on nylon fibers.Afterwards,pyrrole was in-situ polymerized on the surface of the CHIT/Nylon fiber.The SEM and FT-IR results show that the functional fiber is su... Glutaraldehyde(GA)crosslinked chitosan(CHIT)was modified on nylon fibers.Afterwards,pyrrole was in-situ polymerized on the surface of the CHIT/Nylon fiber.The SEM and FT-IR results show that the functional fiber is successfully prepared,and the obtained polypyrrole(PPy)presents nanorods morphology on the fiber surface.The mechanical properties of the fibers were studied by Instron.The organic electrochemical transistors based on PPy/Nylon fiber,PPy/CHIT/Nylon fiber,and PPy/GA-CHIT/Nylon fiber as channels were prepared and their transistors performance was compared.It is found that PPy/GA-CHIT/Nylon fiber-based transistor has great output,transfer,transient curves,and excellent transconductance of 6.8 mS,providing a new platform for the field of wearable devices.Furthermore,the study introduces chitosan material with excellent biocompatibility,which makes prepared transistors also have potential applications in the field of biosensing. 展开更多
关键词 organic electrochemical transistors CHITOSAN POLYPYRROLE fiber WEARABLE
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有机电化学晶体管分子材料与功能器件研究进展
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作者 项兰义 张凤娇 狄重安 《高分子学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1111-1133,共23页
有机电化学晶体管通过离子-电子耦合调控共轭分子的电子结构和导电能力,被认为是下一代柔性智能电子的理想载体.本文结合电化学掺杂工作原理,总结了有机电化学晶体管分子材料在离子-电子耦合性能以及在可拉伸性、机械顺应性和生物黏性... 有机电化学晶体管通过离子-电子耦合调控共轭分子的电子结构和导电能力,被认为是下一代柔性智能电子的理想载体.本文结合电化学掺杂工作原理,总结了有机电化学晶体管分子材料在离子-电子耦合性能以及在可拉伸性、机械顺应性和生物黏性等力学特征的研究进展,并介绍了器件在互补逻辑电路、生物传感和仿生神经突触等方面的功能应用.此外,从有机共轭分子设计、界面修饰、离子动力学调控和器件结构开发等方面入手,分析了提升器件性能和推动器件多功能化的研究策略,展示了有机电化学晶体管在智能电子方面的重要研究价值.最后,详细探讨了有机电化学晶体管在面向传感-适应-反馈-处理的一体化智能感知器件和低成本商业化制备等方面的关键挑战与机遇. 展开更多
关键词 有机电化学晶体管 共轭分子 电学性能 力学特征 多功能应用
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交流电沉积制备PEDOT∶PSS有机电化学晶体管 被引量:4
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作者 李芒芒 王磊 +2 位作者 桑胜波 贾月梅 冀健龙 《微纳电子技术》 北大核心 2019年第7期515-521,528,共8页
使用3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)与聚(4-苯乙烯磺酸钠)(NaPSS)的混合水溶液为电解液,采用交流电沉积法在Pt微电极对之间沉积形成薄膜、线、枝晶等不同形貌结构的有机半导体(OS)沟道层。以NaCl电解质作为栅介质,Ag/AgCl电极作为栅极,一对Pt... 使用3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)与聚(4-苯乙烯磺酸钠)(NaPSS)的混合水溶液为电解液,采用交流电沉积法在Pt微电极对之间沉积形成薄膜、线、枝晶等不同形貌结构的有机半导体(OS)沟道层。以NaCl电解质作为栅介质,Ag/AgCl电极作为栅极,一对Pt微电极中一个为源极,另一个为漏极,制备形成有机电化学晶体管(OECT)。采用计时电流法和循环伏安法对Pt电极聚(3,4乙烯二氧噻吩)∶聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)聚合过程进行了表征与检测。结果表明EDOT的氧化电位为0.9 V,PEDOT∶PSS的过氧化电位为1.2 V,电沉积制备PEDOT∶PSS的过程中物质输运扩散受限。进一步基于介电泳、电泳以及粒子间的聚合力分析了电化学参数对OS层形貌的影响规律。使用Keithley 2636B源表对OECT进行测试,结果表明制备的OECT为p耗尽型器件,薄膜状OS沟道层的器件性能最好,其跨导达到0.8 mS,开关比达到400。 展开更多
关键词 PEDOT 交流电沉积 物质输运 有机半导体(OS)沟道层 有机电化学晶体管(OECT)
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Transient Response and Ionic Dynamics in Organic Electrochemical Transistors
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作者 Chao Zhao Jintao Yang Wei Ma 《Nano-Micro Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第11期191-223,共33页
The rapid development of organic electrochemical transistors(OECTs)has ushered in a new era in organic electronics,distinguishing itself through its application in a variety of domains,from high-speed logic circuits t... The rapid development of organic electrochemical transistors(OECTs)has ushered in a new era in organic electronics,distinguishing itself through its application in a variety of domains,from high-speed logic circuits to sensitive biosensors,and neuromorphic devices like artificial synapses and organic electrochemical random-access memories.Despite recent strides in enhancing OECT performance,driven by the demand for superior transient response capabilities,a comprehensive understanding of the complex interplay between charge and ion transport,alongside electron–ion interactions,as well as the optimization strategies,remains elusive.This review aims to bridge this gap by providing a systematic overview on the fundamental working principles of OECT transient responses,emphasizing advancements in device physics and optimization approaches.We review the critical aspect of transient ion dynamics in both volatile and non-volatile applications,as well as the impact of materials,morphology,device structure strategies on optimizing transient responses.This paper not only offers a detailed overview of the current state of the art,but also identifies promising avenues for future research,aiming to drive future performance advancements in diversified applications. 展开更多
关键词 Organic electrochemical transistors Transient response Ion dynamics Electronic dynamics Volatility and non-volatility
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Device design principles and bioelectronic applications for flexible organic electrochemical transistors
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作者 Lin Gao Mengge Wu +1 位作者 Xinge Yu Junsheng Yu 《International Journal of Extreme Manufacturing》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期126-153,共28页
Organic electrochemical transistors(OECTs) exhibit significant potential for applications in healthcare and human-machine interfaces, due to their tunable synthesis, facile deposition, and excellent biocompatibility. ... Organic electrochemical transistors(OECTs) exhibit significant potential for applications in healthcare and human-machine interfaces, due to their tunable synthesis, facile deposition, and excellent biocompatibility. Expanding OECTs to the fexible devices will significantly facilitate stable contact with the skin and enable more possible bioelectronic applications. In this work,we summarize the device physics of fexible OECTs, aiming to offer a foundational understanding and guidelines for material selection and device architecture. Particular attention is paid to the advanced manufacturing approaches, including photolithography and printing techniques, which establish a robust foundation for the commercialization and large-scale fabrication. And abundantly demonstrated examples ranging from biosensors, artificial synapses/neurons, to bioinspired nervous systems are summarized to highlight the considerable prospects of smart healthcare. In the end, the challenges and opportunities are proposed for fexible OECTs. The purpose of this review is not only to elaborate on the basic design principles of fexible OECTs, but also to act as a roadmap for further exploration of wearable OECTs in advanced bio-applications. 展开更多
关键词 flexible organic electrochemical transistors wearable bioelectronics manufacturing approaches device physics neuromorphic applications
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Layer by Layer Self-assembly Fiber-based Flexible Electrochemical Transistor
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作者 谭艳 HAO Panpan +2 位作者 HE Yang ZHU Rufeng 王跃丹 《Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science)》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期937-944,共8页
Poly(3,4-ethylenedioxyethiophene)-polystyrene sulfonic acid(PEDOT:PSS)/polyallyl dimethyl ammonium chloride modified reduced graphene oxide(PDDA-rGO)was layer by layer self-assembled on the cotton fiber.The surface mo... Poly(3,4-ethylenedioxyethiophene)-polystyrene sulfonic acid(PEDOT:PSS)/polyallyl dimethyl ammonium chloride modified reduced graphene oxide(PDDA-rGO)was layer by layer self-assembled on the cotton fiber.The surface morphology and electric property was investigated.The results confirmed the dense membrane of PEDOT:PSS and the lamellar structure of PDDA-rGO on the fibers.It has excellent electrical conductivity and mechanical properties.The fiber based electrochemical transistor(FECTs)prepared by the composite conductive fiber has a maximum output current of 8.7 mA,a transconductance peak of 10 mS,an on time of 1.37 s,an off time of 1.6 s and excellent switching stability.Most importantly,the devices by layer by layer self-assembly technology opens a path for the true integration of organic electronics with traditional textile technologies and materials,laying the foundation for their later widespread application. 展开更多
关键词 layer by layer SELF-ASSEMBLY fiber based organic electrochemical transistor reduced graphene oxide PEDOT:PSS
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基于有机混合离子-电子导体材料的有机电化学晶体管 被引量:1
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作者 孔雨欣 王玄琳 +2 位作者 夏思梦 李宇翔 马伟 《中国科学:化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期552-574,共23页
作为有机生物电子学领域的重要功能器件,有机电化学晶体管因其高跨导、低工作电压和良好的生物相容性等优势,在神经形态计算、生物传感、逻辑电路等领域中展现出潜在的应用前景.近年来,得益于有机混合离子-电子导体材料的设计和开发,有... 作为有机生物电子学领域的重要功能器件,有机电化学晶体管因其高跨导、低工作电压和良好的生物相容性等优势,在神经形态计算、生物传感、逻辑电路等领域中展现出潜在的应用前景.近年来,得益于有机混合离子-电子导体材料的设计和开发,有机电化学晶体管的器件性能取得了快速提升,并成功推动了器件的多元化应用.本文结合有机电化学晶体管的工作原理和器件评价参数,梳理了有机混合离子-电子导体材料在侧链工程和骨架工程等方面的设计策略和发展现状,重点介绍了p/n型分子设计、器件性能和应用的研究进展,最后总结了高效稳定可商业化有机混合离子-电子材料开发和应用的挑战与机遇. 展开更多
关键词 有机混合离子-电子导体材料 有机电化学晶体管 分子设计 器件性能 离子-电子传导
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有机电化学晶体管及其在生物电子学领域的应用进展 被引量:1
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作者 陈子琛 陈帅 +1 位作者 张秀娟 揭建胜 《中国科学:化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期594-618,共25页
有机电化学晶体管(organic electrochemical transistor,OECT)具有高跨导、低工作电压和高灵敏度等特点,在逻辑电路、传感器件、健康检测和仿生电子等领域显示出广泛的应用潜力.OECT器件采用独特的液态电解液结构,赋予其优异的水介质稳... 有机电化学晶体管(organic electrochemical transistor,OECT)具有高跨导、低工作电压和高灵敏度等特点,在逻辑电路、传感器件、健康检测和仿生电子等领域显示出广泛的应用潜力.OECT器件采用独特的液态电解液结构,赋予其优异的水介质稳定性和生物兼容性,能够将微弱的离子和生物信号放大并转换为电学信号输出,因此在生物电子学领域具有内在的应用优势.本文综述了近年来OECT器件在生物电子学领域的研究进展与发展现状,从OECT器件的结构和工作原理出发,重点介绍了OECT技术在生物生理信号监测、生物化学传感和仿生神经形态方面的应用进展,最后讨论了OECT技术在生物电子学领域中仍存在的关键挑战和未来发展方向. 展开更多
关键词 有机电化学晶体管 生理学信号监测 生物化学传感器 仿生电子 离子掺杂
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有机电化学类脑仿生电子器件研究进展 被引量:3
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作者 徐运超 靳晨星 +1 位作者 孙佳 阳军亮 《中国科学:化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期425-445,共21页
类脑计算被普遍认为是一种可以实现高算力、低功耗的全新计算范式,有望突破传统“冯·诺伊曼”架构瓶颈.近年来,受人脑独特工作模式的启发,利用新型器件构建具备存算一体功能的类脑器件获得了广泛关注.从底层出发研制具有生物突触... 类脑计算被普遍认为是一种可以实现高算力、低功耗的全新计算范式,有望突破传统“冯·诺伊曼”架构瓶颈.近年来,受人脑独特工作模式的启发,利用新型器件构建具备存算一体功能的类脑器件获得了广泛关注.从底层出发研制具有生物突触行为的神经突触器件对于研制超低功耗“类脑芯片”和实现神经形态感知系统意义十分重大.其中,有机电化学晶体管(OECTs)作为人工突触研究中的一个新分支,因其具有更高的跨导、低驱动电压、良好的机械柔韧性和生物相容性而得到了广泛研究.在结构上,OECTs沟道与电解质直接接触,通过离子掺杂/脱掺杂的方式调节沟道电导,工作原理类似于生物系统的离子驱动过程和动力学.因此,利用OECTs开发多感知和生物兼容的类脑仿生系统是一种可行的方案.本文综述了有机电化学类脑仿生电子器件的研究进展,并且探讨了该领域目前存在的挑战和发展趋势. 展开更多
关键词 有机电化学晶体管 类脑仿生器件 神经形态器件 类脑感知与计算
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硅太阳能电池供能的有机电化学晶体管光电子器件 被引量:3
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作者 徐一童 袁骋 +6 位作者 周冰煜 李政 胡进 林鹏 赵伟伟 陈洪渊 徐静娟 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第5期1861-1869,共9页
越来越多的研究将有机电化学晶体管(OECT)用于新颖的电学设备,然而这些设备天然需要两个仪器电源,不利于将其应用于对能源供应有严格要求的便携和可穿戴体系.本文通过将单晶硅太阳能电池组装到OECT的回路中并以光作为燃料,构建了自供能... 越来越多的研究将有机电化学晶体管(OECT)用于新颖的电学设备,然而这些设备天然需要两个仪器电源,不利于将其应用于对能源供应有严格要求的便携和可穿戴体系.本文通过将单晶硅太阳能电池组装到OECT的回路中并以光作为燃料,构建了自供能和光调控功能的有机光电化学晶体管(OPECT)光电子器件.以基于聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT:PSS)的耗尽型和增强型OECT为例,我们设计了不同的光寻址结构并系统地研究和比较了相应的特性.通过合适的光调制,我们实现了不同的器件行为,且这些器件表现出优异的性能.在应用层面,我们设计了光逻辑电路,其不同的特性可以通过相应的辐照度来调控;此外,我们展示了光控的OECT单极逆变器,并根据系统的能源供应和阻抗进行了优化.本工作代表着新型的OPECT光电子器件,合理地将其与柔性基底和太阳能电池组装有望应用于便携和可穿戴器件领域. 展开更多
关键词 silicon solar cell organic photoelectrochemical transistor OPTOELECTRONICS light-addressable logic gate light-controlled inverter
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有机电化学晶体管材料、器件及功能 被引量:1
14
作者 李正珂 岳晚 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第20期2856-2868,共13页
有机电化学晶体管具有实现高灵敏度的传感及突破“冯·诺依曼瓶颈”实现低功耗的神经形态计算的潜力.目前有限的活性层材料及低的器件性能严重制约着其进一步集成与应用,器件性能的进一步提升亟需关键活性层材料的原始创新.本文综... 有机电化学晶体管具有实现高灵敏度的传感及突破“冯·诺依曼瓶颈”实现低功耗的神经形态计算的潜力.目前有限的活性层材料及低的器件性能严重制约着其进一步集成与应用,器件性能的进一步提升亟需关键活性层材料的原始创新.本文综述了本课题组近五年在有机电化学晶体管材料和器件方面的研究进展.我们从材料源头创新出发,致力于材料制备方法、材料结构、聚集态结构、离子电子耦合传输对材料光电性质的影响以及相关的基本规律和物理过程,打破传统设计思路,发展非金属聚合/偶联方法,使用有效的多功能分子设计与结构调控策略制备新概念共轭高分子/寡聚物/小分子混合离子电子导体的有机电化学晶体管活性层材料;开发有机电化学晶体管的关键技术,实现若干集高性能、高稳定性、柔性于一体的有机电化学晶体管,构筑面向柔性、可穿戴器件的传感及低功耗的有机突触晶体管,对柔性生物电子学的发展具有积极的促进意义. 展开更多
关键词 有机混合离子电子导体 有机半导体 有机电化学晶体管 有机突触晶体管 传感
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Ionic liquid driven nanostructure self-assembly in organic mixed ionic-electronic conductors 被引量:1
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作者 Xingyu Hu Ning Mao +5 位作者 Dezhen Zhao Xu Liu Qingqing Sun Huige Yang Xuying Liu Hanyu Jia 《Green Chemical Engineering》 EI CSCD 2024年第3期273-275,共3页
As a type of three-terminal transistor,organic electrochemical transistors(OECTs)can effectively modulate their channel conductivity through ionic electrochemical doping across gate-electrolyte-channel routes,endowing... As a type of three-terminal transistor,organic electrochemical transistors(OECTs)can effectively modulate their channel conductivity through ionic electrochemical doping across gate-electrolyte-channel routes,endowing their versatile applications in bioelectronics,low power logic circuit,and neuromorphic computing[1].In the concrete,free cations/anions in aqueous electrolytes driven by gate voltage can effectively penetrate into the bulk channel,then resulting in the volumetric n/p-doping of channel semiconductors.Notably,the film thickness of the channel also involves the modulation of OECT performance owing to the polymer swelling and ion penetration,which is hardly occurred in other transistors working in field-effect mode. 展开更多
关键词 doping IONIC SWELLING
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