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研究人员发明全新电化学晶体管有望推动穿戴电子产品传感器技术革新

文章来源：新能源网更新时间：2023-02-22 16:31:16

高效、低成本的晶体管有着广泛的应用，包括生物医学感应。西北大学的一个多学科研究小组创造了一种突破性的晶体管，有望成为高性能、轻质和灵活的可穿戴电子产品的最佳选择。这种新的电化学晶体管与血液和水都兼容，并具有放大重要信号的能力，使其对生物医学传感非常有利。

这种晶体管可以使开发可穿戴设备成为可能，这些设备可以在生物-设备接口处直接进行现场信号处理。一些潜在的应用包括监测心率和血液中的钠和钾水平，以及跟踪眼球运动以研究睡眠障碍。

垂直电化学晶体管是基于一种新的电子聚合物的垂直架构

该研究的共同通讯作者Tobin J. Marks说："所有的现代电子产品都使用晶体管，它们能迅速地打开和关闭电流。在这里，我们使用化学方法来加强开关。我们的电化学晶体管将性能提高到一个全新的水平。拥有传统晶体管的所有特性，bing拥有高得多的跨导（衡量它能够提供的放大作用），开关特性的超稳定循环，能够实现高密度集成的小尺寸，以及简单、低成本的制造门槛。"

Marks是材料科学和有机电子领域的世界领袖。他是温伯格文理学院的Vladimir N. Ipatieff催化化学教授和麦考密克工程学院的材料科学和工程以及化学和生物工程教授。

垂直电化学晶体管是基于一种新的电子聚合物和垂直而非平面的结构。它既能导电，又能传导离子，在空气中很稳定。新材料的设计和合成以及晶体管的制造和表征需要化学家、材料科学家和生物医学工程师的合作专长。

Marks与温伯格大学化学研究教授Antonio Facchetti、现为中国电子科技大学教授的黄伟以及麦考密克学院生物医学工程教授Jonathan Rivnay一起领导了该研究团队。

Rivnay说："这种令人兴奋的新型晶体管使我们能够使用生物系统和电子系统的语言，前者经常通过离子信号进行交流，后者则通过电子进行交流。晶体管作为'混合导体'非常有效地工作的能力使它们对生物电子诊断和治疗具有吸引力。"

这项详细介绍高效电化学晶体管的研究和一篇附带的新闻与观点文章最近发表在《自然》杂志上。

Facchetti说："由于其垂直结构，我们的电化学晶体管可以一个接一个地堆叠起来。因此，我们可以制作非常密集的电化学互补电路，这对于传统的平面电化学晶体管来说是不可能的。"

为了制造更可靠和强大的电子电路，需要两种类型的晶体管：携带正电荷的p型晶体管和携带负电荷的n型晶体管。这些类型的电路被称为互补电路。研究人员过去面临的挑战是，n型晶体管难以建造，而且通常不稳定。

初步的工作展示了两种类型（p+n）电化学晶体管具有相似和非常高的性能。这导致了非常高效的电化学互补电路的制造。

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