柔性可拉伸材料:通过喷墨打印场效应迁移率高,模拟突触间信息的传递!

可穿戴柔性电子器件依赖于柔性可拉伸的材料。近年来由于其应用前景收获了大量的关注。然而，使用传统的加工威廉希尔官方网站 存在很多缺陷。近日，斯坦福大学鲍哲南教授团队通过喷墨打印威廉希尔官方网站 制备出了场效应迁移率高，阈值电压小的柔性场效应晶体管，并利用其离子类型的转换周期来interwetten与威廉的赔率体系 突触间信息的传递。相关论文以“Inkjet-printed stretchable and low voltage synaptictransistor array”为题，发表在《Nature Communication》上。

利用层层喷墨印刷威廉希尔官方网站 将可拉伸的导电材料制备成三极管结构，将PVDF-HFP作为栅极电解质，在Plasma活化后喷墨印刷上PEDOT:PSS作为源电极。然后将SC-SWCNTs和共轭聚合物作为半导体通道，然后再分别印刷上PEDOT:PSS和PVDF-HF形成了三明治的结构。

对于场效应晶体管材料，阈值电压越低，即其工作电压越低；而场效应迁移率越高，其开关速率越快。通过Ids-Vds转移特性曲线，该器件具有很高的场效应迁移率，平均为27 ± 5 cm2 V-1 s-1，其开关电流比可以得到104。其高的场效应迁移率为其提供了很低的阈值电压，同时其较高的跨导特性gm，平均为47 ± 9 μS（Vds=1.1V）也支持了更低的工作电压。它的高场效应迁移率源于其作为栅极电解质PVDF-HFP离子聚合物的双层结构。作为柔性电极，由于栅电极之间连接部分结构容易断裂，它的性能并不能在其应有拉伸范围内仍保持其性质，由于其拉伸方向垂直于碳纳米管的时候。同时其Ids对Vgs的响应特性和响应周期可以与突触间的信息传递相匹配，可以用来模拟突触间的信息传递。

电子器件设计图 （图片来源：）

a.如图所示，晶体管中使用相同的喷墨打印威廉希尔官方网站 增材制造的电子材料都具有内在的拉伸特性。

b图中的虚线是所示截面的位置。b器件的截面示意图，每一层的材料都在图中指出。

c大面积排布晶体管阵列及其柔性展示。

喷墨打印制备可拉伸单壁碳纳米管场效应晶体管（SWCNT-FET）阵列的示意图

1.在硅晶圆基板上涂上一层聚(4-苯乙烯磺酸钠)（PSS）作为牺牲层，然后喷墨打印PVDF-HFP作为栅极电解质。

2.表面通过plasma处理。

3.在PVDF-HFP上打印PEDOT:PSS作为底层源漏电极。

4.打印聚合物包裹的SC-SWCNTs。

5.洗去分选聚合物。

6.打印PEDOT:PSS作为顶层源漏电极。

7.打印PVDF-HFP进行封装。

8. 用热塑性苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)弹性体旋涂一层薄膜，制成系统级的封装。

9. 定点打印纯甲苯在源极上方的SEBS封装层上开孔。

10.填充DMF为溶剂的多壁碳纳米管导电油墨。

11.表面plasma处理。

12. 打印PEDOT:PSS。

13.构筑SEBS柔性衬底。

14.溶解PSS。

15.揭下。

16.plasma处理。

17.打印栅电极：PEDOT:PSS。

喷墨印刷场效应晶体管的电学性质表征

a. 可拉伸单壁碳纳米晶体管FET (SWCNT-FET)的转移特性曲线和随栅电压的变化曲线；

b. 35阵列FET饱和区域的最大源漏电流柱状图；

c. 宽长比为1000m/50m的FET在不同栅电压下的输出特征曲线；

d. 垂直（左）和平行（右）于碳纳米管拉伸下的FET的转移特征曲线。

E. 32阵列FET饱和区域在未拉伸和不同方向下应变为10%下的最大源漏电流柱状图

IJ-FET模拟突触间的信息传递

a. 一定时间内，微小栅电压脉冲下对应源漏电流的变化；

b. 32次栅电压脉冲下展示出的突触后电流变化，脉冲增加，电流变化增大，脉冲消失，电流恢复；

c. 一定时间内，脉冲电压应用于栅电极下的电流变化。