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          基于柔性多孔有機(jī)聚合物膜的質(zhì)子場效應(yīng)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(jī)到電子計算機(jī)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(wù)。質(zhì)子傳導(dǎo)在生物體系中普遍存在，例如線粒體中的氧化磷酸化，細(xì)菌視紫紅質(zhì)中的質(zhì)子泵效應(yīng)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)钠骷䦟τ谏镞^程監(jiān)控、仿生模擬和人機(jī)界面構(gòu)建等具有重要意義。質(zhì)子場效應(yīng)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(jìn)行**調(diào)控，已成為學(xué)術(shù)界研究熱點(diǎn)。然而相比于電子-FET，目前只有少數(shù)幾種材料成功應(yīng)用于質(zhì)子-FET。探索新型質(zhì)子傳導(dǎo)材料并用于質(zhì)子-FET器件是生物信息領(lǐng)域亟需要解決的問題。

          【成果簡介】
          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(jī)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(yīng)制備了一類POPM，其豐富的網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)率可達(dá)2.8×10-3 S cm-1。進(jìn)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(xué)測試表明POPM的質(zhì)子遷移率高達(dá)5.7×10-3 cm2 V-1·s-1, 通過增加?xùn)艍嚎梢詫OPM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。

          【圖文導(dǎo)讀】
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          圖1. POPM制備與表征

          a）POPM制備示意圖
          b）TAPB，DSAB和POPM的FTIR光譜
          c）不同溫度范圍內(nèi)POPM的TGA曲線
          d,e）POPM-干凝膠的固態(tài)13C NMR核磁共振譜和N2吸附等溫線





          圖2. 形貌表征

          a）POPM橋接兩個電極的器件光學(xué)圖像
          b）POPM的表面AFM圖像
          c,d）POPM的表面和橫截面SEM圖像
          e）POPM的HAADF-STEM和EDX映射圖像

          03




          圖3. POPM質(zhì)子導(dǎo)電性能表征

          a）POPM在25oC下不同RH的Nyquist圖
          b）不同RH下POPM的質(zhì)子電導(dǎo)率
          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(dǎo)率

          04




          圖4. 基于POPM的FET表征
          基于POPM的質(zhì)子FET的示意圖及其工作機(jī)制
          b）不能氣氛條件下POPM的I-V曲線
          c）5％ H2氣氛中不同RH的POPM的IV曲線
          d）不同柵壓下POPM的I-V曲線
          e）不同柵壓下POPM的質(zhì)子電流


          【總結(jié)】
          通過設(shè)計合成柔性高質(zhì)子導(dǎo)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(qiáng)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(dǎo)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(yīng)用范圍，使POPM有望在生物傳感、仿生模擬和人機(jī)界面構(gòu)建等方面實現(xiàn)廣泛應(yīng)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(xiàn)鏈接：Flexible Porous Organic Polymer Membranes for Protonic Field-Effect Transistors. Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.202000730.

          
						
          
						
          
							
							
						
          
					
          
				
          
			
          
		
          
	
          

    







          
		
          
			
			
			
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