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综述 | 国科大张凤娇课题组|基于有机半导体形貌调控的有机晶体管化学传感器的研究进展
发布时间:2022-06-10

英文原题:Advances in morphology control of organic semiconductor enabled organic transistor-based chemical sensors

通讯作者Fengjiao Zhang (张凤娇), School of Chemical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences; 邮箱:fjiaozhang@ucas.ac.cn

作者:Danfeng Zhi(职丹凤),Enyu Zhang(张恩予),Boya Zhang(张博雅) and Fengjiao Zhang(张凤娇)


研究背景:

  电子传感器在多领域的广泛应用使其逐渐成为科学界以及产业界共同关注的焦点。有机晶体管具有高柔性、良好的生物相容、低成本和可印刷制备等特性,同时具备信号转化与信号放大等功能,是构建电子传感器的理想载体。有机半导体作为载流子传输和信号转化发生的主要功能层,调控其分子堆积与微观形貌成为实现电子传感器高灵敏度与选择性的重要策略。

  围绕有机场效应晶体管的化学传感器研究,中国科学院大学张凤娇课题组从基本原理出发,简要概述了有机半导体薄膜形貌与传感器性能的关系,讨论了提升传感灵敏度和选择性的形貌调控策略,并对该领域当前挑战与发展基于进行了总结与展望。

论文详情:

       有机晶体管是一类靠电压调控半导体导电性的三端有源器件,施加栅压时载流子在绝缘层与半导体层界面处积累并通过源漏电压驱动传输;在外界信号与器件作用时,通过改变载流子浓度或传输过程调控器件的电学性能。基于此,薄膜内分子堆积和微观形貌可以通过以下几点调控传感性能: 1 )影响载流子传输与器件电学性能,直接调控传感的灵敏度; 2 )调控薄膜的电子结构,从而影响活性层与待测物之间的电荷转移; 3 )分子堆积取向会影响半导体层的反应位点和比表面积,促进其与待测物发生电荷转移;4)薄膜微观结构化(如多孔结构、晶界等)可以促进待测物向导电沟道内扩散。因此,精细调控有机半导体薄膜形貌是优化晶体管传感性能的有效方式。

  围绕相关研究,人们发展了多种有机半导体层的形貌调控策略,主要有:(1)通过对半导体的分子结构设计,调控分子堆积方式;(2)通过优化有机半导体层制备工艺,调制表面形貌的微纳结构;(3)通过界面工程诱导分子组装,调控有机半导体堆积的精细结构;(4)通过复合溶液的相分离等方式诱导有机半导体薄膜的微纳米结构。

  文章还总结了相关传感器在实际应用中面临的重要挑战:(1)面向灵敏、特异性的化学传感应用,还需要进一步明确薄膜微观形貌与性能参数间的内在关联;(2)器件柔性化是可穿戴等电子设备的需求,如何将薄膜形貌以及界面分子组装与器件机械性能有效联系亟需深入认识;(3)植入式生物传感器的有机半导体层还需具备生物相容性和生物降解性,实现在生物器官组装等位置的贴附使用等。基于上述挑战,该论文客观概述了研究思路,最后期望通过形貌调控的精准化指导化学传感器的构建与应用。


论文信息:

Advances in morphology control of organic semiconductor enabled organic transistor-based chemical sensors

Danfeng Zhi,(职丹凤)Enyu Zhang,(张恩于) Boya Zhang,(张博雅) and  Fengjiao Zhang*(张凤娇)

Mol. Syst. Des. Eng., 2022

https://doi.org/10.1039/D2ME00020B