近日，西安科技大学材料学院李宇翔副教授团队联合韩国高丽大学Han Young Woo、天津大学叶龙团队，在有机电化学晶体管领域取得了新的研究进展。相关成果以“A Modular Blending Strategy for Synergistic Tuning of Microstructure and Performance in Organic Electrochemical Transistors”为题，发表于国际材料化学领域权威期刊《Chinese Journal of Chemistry》。
有机混合离子-电子导体作为有机电化学晶体管（OECT）的核心沟道材料，凭借其优异的低压信号转换放大能力，在生物传感、神经形态、可穿戴健康监测、脑机接口等前沿生物电子领域具备巨大应用潜力。目前，该领域发展长期受制于载流子迁移率（μ）与体积电容（C*）的固有权衡瓶颈。针对以上难点，研究团队创新性提出一种简便高效的模块化物理共混策略，系统研究了μ-C*性能权衡难题，实现了OECT微结构与器件性能的协同调控。
该研究选用前期团队报道的乙二醇化给体-受体共聚物PTTBT-P100%作为亲水性组分（ACS Appl. Mater. Interfaces,2024, 16, 33885-33896），自主合成烷基化疏水聚合物PTTBT-P0%作为疏水组分。通过简单的溶液共混工艺，精准调控两种聚合物的质量配比，制备出乙二醇侧链含量0%-100%的梯度共混薄膜，无需复杂的分子设计与合成工艺，即可实现薄膜亲水-疏水性的连续精准调控，促使薄膜自发形成纳米尺度双连续相分离形貌。研究团队系统探究了共混组成对分子聚集行为、薄膜微观形貌、电化学掺杂动力学及OECT器件核心性能的影响规律。实验结果表明，随着OEG亲水侧链含量提升，器件跨导（gm）与综合品质因子（μC*）持续优化。进一步性能解耦分析发现，薄膜体积电容C*随亲水组分增加呈单调递增趋势，而载流子迁移率μ呈现独特的钟形非单调变化，在乙二醇侧链占比80%（P80）下达到迁移率峰值。AFM、GIWAXS微观表征结果证实，P80共混薄膜可构筑连续互通的亲水/疏水双网络结构：亲水相为电解液渗透、离子快速嵌入脱出提供高效传输通道，保障优异的体积电容；疏水相维持高度有序的分子堆积与π-π堆叠结构，确保高效电子传输效率，最终实现离子传导与电子传输性能的协同优化，彻底打破传统单一材料的性能制衡。
西安科技大学为论文第一完成单位，王玄琳研究生为论文第一作者，韩国高丽大学Han Young Woo、天津大学叶龙教授为论文共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金项目、陕西省自然科学基础研究计划重点项目、天津市杰出青年科学基金、西安科技大学学生科研计划等多项课题资助。
原文链接：https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221057
物理共混策略构筑双通道协同传输示意图
