闽都创新实验室柔性有机晶体管及超灵敏可穿戴触觉传感器取得新进展

时间:2022-06-23 字体【 | |

        有机场效应晶体管(OFET)具有良好的信号转换与放大功能,以及成本低廉、柔韧轻薄、可溶液加工等优势,在电子皮肤、智能传感和生物医学诊断等领域展现出广阔前景,是当今有机电子学的重要前沿,受到普遍关注及重视。基于双电层机制的高电容聚电解质栅极介电材料,可以有效降低OFET的工作电压并提高源漏电流,对于构建柔性低电压OFET及可穿戴传感器等安全、低功耗电子信息设备具有重要意义。

图:柔性低电压OFET压力/触觉传感器的结构、性能和可穿戴应用

        目前,常规聚电解质门控OFET及其传感器面临漏电与迟滞大、响应慢、稳定性差和灵敏度低等问题,限制了相关传感器件及技术的发展应用。为此,闽都创新实验室尹志刚研究员等人针对聚电解质介电薄膜设计了一种简易的纳米尺度界面钝化方法,在有机半导体/聚电解质栅极介电层的界面之间,利用溶液加工方法引入厚度可控的高稳定介电修饰层聚苯乙烯(PS),对聚丙烯酸(PAA)和聚乙二醇(PEG)交联复合的聚电解质介电层进行界面钝化。不到一百纳米的薄层PS介电钝化层,可以有效抑制PAA:PEG聚电解质介电层的漏电、改善亲水性聚电解质介电层和亲油性有机半导体层的界面兼容特性、阻挡聚电解质介电层中的离子迁移进入有机半导体层,从而显著提升柔性低电压OFET的电学性能和操作稳定性,最终实现无迟滞的高性能器件。在此基础上,进一步设计实现了低功耗、超灵敏和快响应的柔性可穿戴OFET压力传感器,在-2 V的低工作电压下,其灵敏度高达897.9 kPa−1,是目前所知OFET压力传感器的最佳性能之一。利用该类器件的低功耗、高灵敏度和良好耐用性等优点,柔性OFET压力传感器可以穿戴于人体手肘表面,实时监测手肘弯曲的不同速率变化并记录人体手臂运动;也可将单一器件设计集成为柔性OFET触觉传感器阵列,能够将外加压力或触摸刺激信号引起的电流变化信号,转换成二维空间映射图像,从而检测压力分布并实现清晰的触觉成像。该研究为发展低成本、高性能柔性OFET介电材料与器件以及触觉传感应用提供了一条有益的新思路。 
        相关研究结果于近日发表在国际期刊《今日材料电子学》(Materials Today Electronics, 2022,1, 100001)。论文通讯作者为尹志刚研究员、郑庆东研究员,第一作者为研究生柳子杨。该研究获国家自然科学基金、福建省杰出青年科学基金、中国福建光电信息科学与技术创新实验室(闽都创新实验室)主任基金等项目的资助。 
        此前,该团队在功能介电材料的设计及柔性OFET传感器和光突触应用研究方面取得了一系列进展(Adv. Funct. Mater. 2019,29, 1806092; Nano Energy 2019, 58, 96; Adv. Sci. 2018, 5, 1701041; Acta Chim. Sinica 2022, doi: 10.6023/A22030096;Mater. Chem. Front. 2020,4, 1459; Org. Electron. 2018, 53, 205)。 
        论文链接:
https://doi.org/10.1016/j.mtelec.2022.100001

(郑庆东/马云龙研发团队供稿)

 

扫一扫在手机打开当前页

附件下载: