同济大学黄佳、祖国庆、杨洁《自然·通讯》：可拉伸全凝胶有机电化学晶体管

近年来，柔性电子技术的快速发展为可穿戴设备、智能传感、电子皮肤及生物医学工程等领域带来了革命性机遇。有机电化学晶体管（Organic Electrochemical Transistor, OECT）因其独特的离子/电子耦合特性、低工作电压、高跨导和优异的生物相容性，成为柔性电子器件的核心候选技术之一。特别是可拉伸OECT，其能够与人体组织或曲面结构贴合，在动态形变下保持稳定功能，进一步拓宽了其在健康监测、人机交互和仿生机器人等场景中的应用潜力。然而，其可拉伸性与电学性能间的矛盾限制了其应用范围。已报道的可拉伸OECT通常跨导有限；而高跨导OECT通常可拉伸性差。兼具高可拉伸和高跨导OECT的构筑充满挑战。

鉴于此，同济大学材料科学与工程学院黄佳、祖国庆、杨洁研究团队开发了基于半导体聚合物凝胶活性层和聚离子液体凝胶电解质的全凝胶OECT，实现了高跨导（86.4 mS）和高可拉伸性（可拉伸50%）的结合，并且基于该OECT构筑了可拉伸人工突触、高灵敏度压敏电子皮肤以及气体传感器。相关研究成果以“Stretchable all-gel organic electrochemical transistors”为题，在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。论文第一作者为祖国庆课题组博士生陆琳琳。该工作得到了国家自然科学基金的资助。

本研究成功研制出基于半导体聚合物凝胶活性层与聚离子液体离子凝胶电解质的高性能可拉伸全凝胶OECT。通过构建一体化凝胶网络结构，突破了传统器件中离子渗透/传输效率与机械性能难以协同提升的技术瓶颈，赋予器件优异的综合性能。实验结果表明，该全凝胶OECT展现出高跨导（86.4 mS）与开关比（1.2×105），同时具备高达50%的拉伸形变能力和在30%应变条件下超过10000次循环的稳定工作能力。得益于其优异的综合性能，本研究成功构筑了基于全凝胶OECT的可拉伸人工突触器件、高灵敏度压敏电子皮肤以及气体传感器。可拉伸压敏电子皮肤具有0.1 Pa的低检测限，可应用于机器人的触觉感知；可拉伸人工突触器件能够进行生物突触的神经形态模拟；高灵敏可拉伸气体传感器可模拟生物嗅觉传感，并在食品质量监测中展现出应用潜力。本工作为发展新一代高性能柔性电子器件提供了一种普适性的全凝胶策略，对推动智能可穿戴设备、软体机器人和生物电子接口等领域的技术革新具有重要意义。

图1 全凝胶OECT的制备和应用示意图

图2 基于PEDOT：PSS凝胶活性层的全凝胶OECT电学性能和可拉伸性

图3 基于全凝胶OECT的可拉伸压敏电子皮肤

图4 基于全凝胶OECT的可拉伸气体传感器

全文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-025-59240-0

来源：高分子科学前沿

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