基于有機半導體的晶體管在柔性電子器件、傳感器、人機界面、機器人、健康醫(yī)療等方面具有廣闊的潛在應用前景，尤其在傳統(tǒng)硅基半導體之外的領域更具吸引力。相比柔性電子器件，可拉伸變形的電子器件更具挑戰(zhàn)，而兼具可拉伸和高跨導的有機晶體管則鮮有報道。另外，基于有機晶體管的神經形態(tài)感知器件的光響應通常局限于紫外到近紅外波長范圍，受限于有機半導體的帶隙寬度，在中紅外波段難以工作。

針對這些難題與需求，同濟大學材料科學與工程學院黃佳教授團隊研發(fā)了高可拉伸、高跨導有機電化學晶體管（OECT），并聯(lián)合中國科學院上海技術物理研究所研發(fā)仿生中紅外神經形態(tài)晶體管，系統(tǒng)探索了其化學感知、類觸覺和類視覺的感知性能。以上兩項工作均發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）上。

工作一：可拉伸全凝膠有機電化學晶體管

近年來，柔性電子技術的快速發(fā)展為可穿戴設備、智能傳感、電子皮膚及生物醫(yī)學工程等領域帶來了新機遇。OECT因其獨特的離子/電子耦合特性、低工作電壓、高跨導和優(yōu)異的生物相容性，成為柔性電子器件的核心候選技術之一。然而，其可拉伸性與電學性能間的矛盾限制了其應用范圍。已報道的可拉伸OECT通?？鐚в邢?；而高跨導OECT通常可拉伸性差。兼具高可拉伸和高跨導OECT的構筑充滿挑戰(zhàn)。

鑒于此，黃佳教授團隊開發(fā)了高可拉伸全凝膠OECTs，通過構建一體化凝膠網絡結構，突破了傳統(tǒng)器件中離子滲透/傳輸效率與機械性能難以協(xié)同提升的技術瓶頸，賦予器件優(yōu)異的綜合性能。全凝膠OECT展現(xiàn)出高跨導（86.4 mS）、高開關比（105），同時具備50%的拉伸形變能力，并在1萬次拉伸循環(huán)測試中保持穩(wěn)定工作。研究團隊成功構筑了基于全凝膠OECT的可拉伸人工突觸器件、高靈敏度電子皮膚以及氣體傳感器，有望應用于機器人的觸覺感知、類生物嗅覺傳感。本工作為發(fā)展新一代高性能柔性電子器件提供了一種普適性的全凝膠策略，有望推動智能可穿戴設備、軟體機器人和生物電子接口等領域的發(fā)展。

器件制備、結構和應用示意圖

相關研究成果以“Stretchable all-gel organic electrochemical transistors”為題，在線發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。同濟大學材料科學與工程學院博士生陸琳琳為論文第一作者，黃佳教授、祖國慶副教授和楊潔研究員為論文通訊作者。

工作二：基于有機/二維半導體異質結的中紅外響應神經形態(tài)晶體管

中紅外（MIR）光因能穿透煙霧、霧霾和塵埃等障礙物，在軍事偵察、火災預警、自動駕駛等領域至關重要。然而基于傳統(tǒng)馮?諾依曼架構的中紅外視覺系統(tǒng)傳感、存儲和處理單元分離導致數(shù)據(jù)傳輸耗時和效率受限。盡管有機晶體管類神經形態(tài)器件在運動處理上展現(xiàn)獨特性能，但此前研究主要局限于近紅外和可見光范圍，中紅外響應的有機晶體管類神經器件報道極少，這主要是受限于有機半導體的帶隙寬度，而二維半導體材料為這一問題的解決提供了新的思路。

研究團隊開發(fā)出了一種基于二維無機/有機（PdSe2/pentacene）異質結構的新型中紅外神經形態(tài)晶體管。該晶體管基于持續(xù)光電導（PPC）效應，在4.25 μm中紅外光照射下展現(xiàn)出類似生物突觸的可塑性，并能通過調節(jié)光脈沖時長實現(xiàn)從短期記憶到長期記憶的轉換，展現(xiàn)出對動態(tài)運動軌跡的實時感知與記憶功能?；诖司w管構建的儲備池計算（RC）系統(tǒng)，在對中紅外火焰運動數(shù)據(jù)集進行訓練后，能夠實現(xiàn)對火焰運動方向的精準識別，準確率高達94.79%。這一成果展示了其在高效、實時中紅外機器視覺應用中的巨大潛力，為下一代中紅外視覺系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎。

基于PdSe2/pentacene異質結構的仿生中紅外神經形態(tài)晶體管

研究成果以“Bio-inspired mid-infrared neuromorphic transistors for dynamic trajectory perception using PdSe2/pentacene heterostructure”為題發(fā)表于《自然?通訊》（Nature Communications）。同濟大學材料科學與工程學院博士生高懷宇為論文第一作者，學院黃佳教授、楊潔研究員，以及中國科學院上海技術物理研究所苗金水研究員為論文通訊作者。