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研究人員發明全新電化學晶體管 有望推動穿戴電子產品傳感器技術革新
文章來源:新能源網     更新時間:2023-02-22 16:31:16
高效、低成本的晶體管有著廣泛的應用,包括生物醫學感應。西北大學的一個多學科研究小組創造了一種突破性的晶體管,有望成為高性能、輕質和靈活的可穿戴電子產品的最佳選擇。這種新的電化學晶體管與血液和水都兼容,并具有放大重要信號的能力,使其對生物醫學傳感非常有利。

這種晶體管可以使開發可穿戴設備成為可能,這些設備可以在生物-設備接口處直接進行現場信號處理。一些潛在的應用包括監測心率和血液中的鈉和鉀水平,以及跟蹤眼球運動以研究睡眠障礙。

垂直電化學晶體管是基于一種新的電子聚合物的垂直架構

該研究的共同通訊作者Tobin J. Marks說:"所有的現代電子產品都使用晶體管,它們能迅速地打開和關閉電流。在這里,我們使用化學方法來加強開關。我們的電化學晶體管將性能提高到一個全新的水平。擁有傳統晶體管的所有特性,bing擁有高得多的跨導(衡量它能夠提供的放大作用),開關特性的超穩定循環,能夠實現高密度集成的小尺寸,以及簡單、低成本的制造門檻。"

Marks是材料科學和有機電子領域的世界領袖。他是溫伯格文理學院的Vladimir N. Ipatieff催化化學教授和麥考密克工程學院的材料科學和工程以及化學和生物工程教授。

垂直電化學晶體管是基于一種新的電子聚合物和垂直而非平面的結構。它既能導電,又能傳導離子,在空氣中很穩定。新材料的設計和合成以及晶體管的制造和表征需要化學家、材料科學家和生物醫學工程師的合作專長。

Marks與溫伯格大學化學研究教授Antonio Facchetti、現為中國電子科技大學教授的黃偉以及麥考密克學院生物醫學工程教授Jonathan Rivnay一起領導了該研究團隊。

Rivnay說:"這種令人興奮的新型晶體管使我們能夠使用生物系統和電子系統的語言,前者經常通過離子信號進行交流,后者則通過電子進行交流。晶體管作為'混合導體'非常有效地工作的能力使它們對生物電子診斷和治療具有吸引力。"

這項詳細介紹高效電化學晶體管的研究和一篇附帶的新聞與觀點文章最近發表在《自然》雜志上。

Facchetti說:"由于其垂直結構,我們的電化學晶體管可以一個接一個地堆疊起來。因此,我們可以制作非常密集的電化學互補電路,這對于傳統的平面電化學晶體管來說是不可能的。"

為了制造更可靠和強大的電子電路,需要兩種類型的晶體管:攜帶正電荷的p型晶體管和攜帶負電荷的n型晶體管。這些類型的電路被稱為互補電路。研究人員過去面臨的挑戰是,n型晶體管難以建造,而且通常不穩定。

初步的工作展示了兩種類型(p+n)電化學晶體管具有相似和非常高的性能。這導致了非常高效的電化學互補電路的制造。

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