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纳米线结构提升共轭聚合物电化学晶体管的离子摄取动力学
Giridharagopal, R., Guo, J., Kong, J., Ginger, DS.,
ACS applied materials & interfaces
Abstract
有机电化学晶体管被认为面临离子迁移率与电子迁移率优化之间的固有材料设计矛盾。这些器件将离子摄取转化为电流，因此需要高离子迁移率以实现高效电化学掺杂和快速开启动力学，同时需要高电子迁移率以获得最大跨导。本研究探索通过纳米线形貌改善高迁移率共轭聚合物（聚[2,5-(2-辛基十二烷基)-3,6-二酮吡咯并吡咯-alt-5,5-(2,5-二(噻吩-2-基)噻吩并[3,2-b]噻吩)]，DPP-DTT）工作动力学与体积电容的简易途径。在相同厚度下，DPP-DTT纳米线薄膜始终表现出比纯DPP-DTT薄膜更快的动力学（约快6-10倍）。纳米线结构显示出约4倍更高的体积电容（从7.1 F/cm³增至27.7 F/cm³），这与多孔结构更好地实现全薄膜离子摄取的特性一致。纳米线还表现出虽小但具有能量优势的阈值电压正移（约17 mV），使得纳米结构体系不仅更快且在电化学掺杂时具有更低的能量势垒。我们通过两种原子力显微镜方法解释这种差异：原位电化学应变显微镜和光诱导力显微镜纳米红外成像。数据表明纳米线薄膜结构允许活性层产生更大溶胀和离子摄取，说明纳米线结构呈现体积操作机制，而纯薄膜主要通过场效应运作。我们提出对于高迁移率材料，将活性层铸造成纳米线形式可在保持理想器件性能的同时，提供更快动力学、增强体积电容及可能更低的阈值电压。