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用 (3-缩水甘油氧丙基)三甲氧基硅烷 (GOPS) 作为共混的替代品进行表面功能化,以增强 PEDOT:PSS 薄膜的水稳定性和电子性能

ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2023-11-14 , DOI: 10.1021/acsami.3c09452
Peter O Osazuwa 1 , Chun-Yuan Lo 2 , Xu Feng 2 , Abigail Nolin 1 , Charles Dhong 1, 3 , Laure V Kayser 1, 2
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有机混合离子-电子导体,如聚(3,4-乙烯二氧噻吩):p(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS),由于其耦合和传输离子和电子电荷的独特能力,是制造生物电子器件的重要材料。对生物电子设备的兴趣日益浓厚,导致了有机电化学晶体管 (OECT) 的发展,这种晶体管可以在水溶液中运行,并将生物来源的离子信号转化为可测量的电子信号。OECT 的一个常见挑战是保持 PEDOT:PSS 薄膜在水性条件下运行的稳定性和性能。虽然将 PEDOT:PSS 分散体与交联剂(如 (3-缩水甘油酰氧丙基)三甲氧基硅烷 (GOPS))混合的传统方法有助于确保薄膜与器件基材的牢固粘附力,但它也会影响 PEDOT:PSS 薄膜的形态和电气性能,从而导致 OECT 的性能显著降低。在这项研究中,我们只用 GOPS 对器件基板的表面进行功能化,以引入硅烷单层,然后再在基板上旋涂 PEDOT:PSS 分散体。在所有情况下,使用 GOPS 单层而不是混合物都会提高电子性能指标,例如 OECT 器件中的电子电导率、体积电容和迁移率-电容积 [μC*] 值高出三倍,最终导致非晶 PEDOT:PSS 的创纪录值达到 406 ± 39 F cm–1 V–1 s–1。 这种性能的提高并不以牺牲操作稳定性为代价,因为在受到脉冲栅极偏置应力、长期电化学循环测试和超过 150 天的老化时,共混物和表面功能化都显示出相似的性能。总体而言,本研究建立了一种使用 GOPS 作为表面单层而不是混合交联剂的新方法,以实现在水中稳定的高性能有机混合离子-电子导体,用于生物电子学。




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更新日期:2023-11-14
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