在水相中具有高跨导和高稳定性的有机电化学晶体管(OECT)作为有潜力的生物离子-电子换能器受到了普遍的关注。基于OECT的生物电子设备已成功用于检测葡萄糖、DNA和激素。它们具有高灵敏度和低驱动电压，在生理环境中表现出低阻抗，因此可用于生物诊断和**的稳定电生理信号记录。但是，**的关于OECT的报道，大多数都采用了旋涂的工艺来进行OECT器件的制备，这一方式限制了OECT的大面积制备与多样化的制造（指不同材质形状的基板）。此外，常见的微加工和光刻技术与各种非平面柔性材料以及各种形状的弯曲基板不相容。

       南洋理工大学的Wei Lin Leong课题组报道了一种通过喷涂沉积来制造离子液体掺杂的PEDOT:PSS材料（聚(乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐）的方法，使得其能够在诸多复杂的基底上进行图案化制造。

PEDOT:PSS作为一种优秀的混合离子电子导电聚合物，在OECT中应用较为普遍。在该课题组之前的研究中，离子液体被证明可以改善聚合物纤维的形态与聚集，**提高空穴传输和离子渗透的能力，从而提高其性能。在这里，此前的研究提到的三氰甲基咪唑盐离子液与PEDOT:PSS作用力较强、粘度较高，不适用于喷涂沉积，因此选用了作用较弱的水溶性离子液[EMIM][Cl]。研究者将一定比例的PEDOT:PSS水溶液、[EMIM][Cl]水溶液与(3-缩水甘油丙氧基)三甲氧基硅烷混合，室温下搅拌1 h后用商用喷枪喷涂到准备好的基底上，喷涂时基底温度保持100 °C，相对湿度65%。

该法制备的OECT在各方面性能上均不逊色于传统方法制备的晶体管。为了证明喷涂沉积法在有机电化学晶体管制造中的普适性，作者还研究了喷涂沉积PEDOT:PSS/[EMIM][Cl]在多种基材上的电学性能和稳定性，包括基于乙基纤维素和天然树叶的可生物降解柔性基材，以及基于粘性绷带和聚苯乙烯嵌段-聚(乙烯-丙烯-丁烯)-嵌段-聚苯乙烯(SEBS)弹性体的弹性基材（如图2）。

乙基纤维素和SEBS基质非常薄，分别约5.2 μm和28 μm厚。图2(a)、(c)、(e)和(g)显示了不同基底上喷射沉积的图像（约400 nm厚）。喷射沉积法允许在这些衬底上制造100 μm到250 μm的精细图案。更重要的是，所有这些喷射沉积的器件都表现出良好的器件性能，在乙基纤维素基、叶基、粘性绷带基和SEBS基衬底上分别具有8.8 mS、6.8 mS、5.3 mS和6.7 mS的高跨导。相关的漏极电流响应时间分别为1.93 ms、0.93 ms、0.74 ms和0.72 ms。在200次脉冲测量循环后，器件仍显示出高的电稳定性(V_G从-0.4 V变化到0.6 V，脉冲长度= 0.5 s, V_D = -0.5 V)。

总而言之，本文成功地展示了一种简便的喷涂沉积技术来制造具有高跨导和出色稳定性的基于PEDOT:PSS的OECT。这里的图形化制造不涉及有机溶剂或复杂的光刻技术，能够直接在各种柔性基板上获得聚合物导电通道。该器件在0.1 M NaCl电解质中连续进行4000多次循环的脉冲栅极测量期间显示出出色的稳定性。在环境条件下则观察到六个月的长期稳定性。本研究发现将有助于将OECT转换为实际应用。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.0c04776

原文作者：

Xihu Wu, Abhijith Surendran, Maximilian Moser, Shuai Chen, Bening Tirta Muhammad, Iuliana Petruta Maria, Iain McCulloch and Wei Lin Leong

DOI: 10.1021/acsami.0c04776