面向智能织物的纤维基摩擦电化学晶体管取得新进展

与双电层晶体管不同，有机电化学晶体管（OECT）可以更有效地利用离子注入，离子可以穿透半导体层，使得整个沟道中掺杂状态的改变。

到目前为止，用于OECT的最有希望的材料之一是低带隙导电聚合物PEDOT，它具有高导电性、环境稳定性和以PEDOT：PSS形式存在的水分散性等优势。

与传统的电化学晶体管相比，纤维状的OECT由于具有空气稳定性好、驱动电压低、与柔性衬底兼容、成本低等优点而备受关注。

然而，目前主流的柔性/可穿戴纤维电子器件和基于OECT的器件通常都是由电信号调制的，外部环境与电子器件之间缺乏直接的相互作用。

此外，实现智能电子纺织品的一个关键步骤是使功能部件的制造过程与纺织品生产工艺兼容。

纤维状OECT将功能性纤维与逻辑晶体管器件相结合，实现了导电聚合物在纤维结构中掺杂/脱掺杂的可逆过程，为电子器件直接织入织物提供了一条更简单的途径，并能够促进它们与TENG织物的集成。

在这里，提出了一种具有编织结构的TENG织物调控的纤维状摩擦电化学晶体管，如图1所示。

TENG产生的摩擦电势可以耦合到纤维状OECT的PEDOT：PSS通道，从而诱导可逆的掺杂/脱掺杂过程，并通过离子凝胶电介质调节输出电流。

在耗尽模式下工作的纤维状OECT具有良好的电学性能：电流开关比高达4000，栅极漏电流小于4.2 nA，良好的弯曲和循环稳定性（图2）。

纤维状摩擦OECT也显示出相当的性能，包括高电流开关比 (≈1286）、低关态电流、阈值位移（0.3 mm）和低摩擦电亚阈值摆幅（~1.6 mm/dec），如图3所示。

通过编织结构的TENG进行栅极驱动，它还可以很容易地集成到纤维或纺织阵列中，有望实现一种灵活的、功能强大、智能的自供电电子纺织品。

在此基础上，实现了基于纤维状摩擦电化晶体管逻辑反相器，可用于控制LED的开关状态（图4）。

孙其君，中科院北京纳米能源与系统研究所研究员，主要研究方向是利用新型纳米材料，通过压电/摩擦电势调控柔性半导体器件和自供能可穿戴传感器件，在其基础上对人机交互、智能传感、人体健康监测、类脑计算和人工智能等领域做拓展应用研究。

在国际知名杂志（Nat. Commun., Sci. Adv., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., ACS Nano, Nano Energy等）发表论文60余篇。

主持国家自然科学基金3项并作为骨干参与科技部“纳米科技重点专项”，入选中科院人才计划，北京市特聘专家，北京市科技新星等。