有机聚合物电化学晶体管(OECT)因其高跨导、低驱动电压、水溶液环境兼容的特点在生物/柔性电子学领域展现出广泛的应用前景。有机电化学晶体管通过引入电解质层取代传统的绝缘层，利用离子掺杂活性层薄膜实现对有机半导体薄膜载流子浓度的调控，从而可以在较低驱动电压下获得较高电流。然而高性能的电化学晶体管需要同时平衡氧化还原化学、薄膜中电子输运以及离子渗透与传输。其中离子的渗透和输运对于目前大部分高迁移率共轭聚合物都是一个主要问题。因为从传统场效应晶体管开发的聚合物多是疏水的，不利于水溶性溶液中离子的注入，进而限制了其电化学晶体管的性能。

  针对高迁移率共轭聚合物较差的离子渗透和迁移能力问题，迟力峰教授课题组与美国西北大学Tobin Marks课题组合作通过自然诱导的溶液呼吸法构筑系列多孔结构活性层以改善共轭聚合物的离子注入能力，提高电化学晶体管的性能。通过系统对比多孔和致密薄膜的器件性能、电容和开关速率等性质，发现基于多孔结构的疏水性DPPDTT和P3HT薄膜， 可获得相比均匀致密薄膜更高的跨导和更快的开启速率。此外，多孔形态同样可提高亲水性聚合物的掺杂程度而得到更高性能的电化学晶体管。图1和2分别给出了系列聚合物的多孔薄膜形态、结构及其电化学器件性能。

图1. 本研究用的聚合物分子结构及其多孔结构的SEM、AFM图 b,e) DPPDTT; c,f) P3HT, d,g) Pg2T-T.

图2. 基于均匀致密和多孔聚合物薄膜的电化学晶体管器件结构和器件性能对比图。

  该研究近日以“Porous Semiconducting Polymers Enable High-Performance Electrochemical Transistors”发表于Adv. Mater. 2021, 2007041。文章的第一作者是迟力峰教授团队的黄丽珍副教授。

  论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202007041