Acceptor Functionalization via Green Chemistry Enables High‐Performance n‐Type Organic Electrochemical Transistors for Biosensing, Memory Applications

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作者
Yazhou Wang,Anil Koklu,Yizhou Zhong,Tianrui Chang,Keying Guo,Chao Zhao,Tania Cecilia Hidalgo Castillo,Zhonggao Bu,Chengyi Xiao,Wan Yue,Wei Ma,Sahika Inal
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (15) 被引量:71
标识
DOI:10.1002/adfm.202304103
摘要

Abstract The organic electrochemical transistor (OECT) is one of the most versatile building blocks within the bioelectronics device toolbox. While p‐type organic semiconductors have progressed as OECT channel materials, only a few n‐type semiconductors have been reported, precluding the development of advanced sensor‐integrated OECT‐based complementary circuits. Herein, green aldol polymerization is uses to synthesize lactone‐based n‐type conjugated polymers. Fluorination of the lactone‐based acceptor endows a fully locked backbone with a low‐lying lowest unoccupied molecular orbital, facilitating efficient ionic‐to‐electronic charge coupling. The resulting polymer has a record‐high n‐type OECT performance with a high product of mobility and capacitance ( µC * = 108 F cm −1 V −1 s −1 ), excellent mobility (0.912 cm 2 V −1 s −1 ), low threshold voltage (0.02 V), and fast switching speed ( τ ON , τ OFF = 336 µs,108 µs). This work demonstrates two types of device architectures and applications enabled by the high performance of this n‐type OECT, i.e., an artificial synapse and a complementary amplifier for detecting α‐synuclein, a potential biomarker of Parkinson's disease. This study shows that materials that enable high gain and fast speed n‐type OECTs can be developed via a green polymerization route, and the diverse form factors that these devices take promise for exploration of other application areas.
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