[发明专利]基于有机晶体管的仿生适应型感受器及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种基于有机晶体管的仿生适应型感受器及其制备方法与应用。该适应型OFET，由下至上依次包括栅电极、下绝缘层、半导体中间层、上绝缘层和半导体传输层以及同时位于所述半导体传输层之上的源电极和漏电极。该类适应型OFET结构具有普适性，半导体传输层、半导体中间层以及绝缘层的材料可以灵活选择，同时可以灵活调控各层的厚度及界面特性，从而使得适应性衰减时间参数可在10^‑2s～10²s，适应性衰减幅度可在0％～100％范围内灵活调节，和人体的触觉、视觉、嗅觉以及冷热感觉等的适应行为相匹配。

技术领域

本发明涉及有机生物电子学以及柔性多功能传感领域，具体涉及一种基于有机晶体管的仿生适应型感受器及其制备方法与应用。

背景技术

感觉的适应是指在一个长时间持续的外界信号刺激下，感觉神经纤维上动作电位的频率逐渐降低的生理现象。通过感觉的适应过程，生物体不但能够有效感知外界的信号强弱，还能够主动适应外界环境的变化。适应现象广泛存在于人体的视觉、听觉、触觉、嗅觉以及味觉等感觉系统，比如人们对光照、温度、噪音、气味的适应等等，其意义在于忽视那些旧的不具有意义的刺激，从而更好地去注意更有意义的新的刺激。作为感受器的基本特性之一，适应过程在生物体的高级感知中扮演着重要角色。

近年来，随着柔性仿生器件和人工智能的迅猛发展，开发新型柔性电子器件来模拟生物体感受器的适应行为，有着十分重要的科学意义和应用前景。模拟感受器的适应过程需要满足输出信号在恒定的输入信号下具有可逆的快速衰减特性，尽管类似的功能可以通过复杂的逻辑电路运算来模拟，然而利用单一晶体管来模拟感觉适应过程目前尚未实现，在同一个器件中同时实现短程的快速衰减和长程的信号稳定性是模拟感觉适应所面临的关键难题之一。

有机场效应晶体管(OFET)作为三端器件，使其具有和无机MOS管相类似的多信号转换及放大功能。此外，相对于传统的MOSFET，OFET还具有优异的柔性和生物相容性，以及低成本和大面积制备等优势，特别适合作为新型生物电子器件的功能模块单元。近几年来，利用OFET来模拟感知系统以及神经中枢的高级功能成为了OFET功能化研究的前沿方向，一系列具有柔性和可拉伸特性的仿生智能结构应运而生(Tee,Benjamin C.K.,Chortos,A.,and Bao Z.,Science,2015,350,313；Kim,Y.,Chortos,A.,Xu,W.,and Bao Z.,Science,2018,360,998.)，但是利用OFET来模拟感觉的适应行为目前还没有报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于有机晶体管的仿生适应型感受器及其制备方法与应用。

本发明提供的适应型OFET，由下至上依次包括栅电极、下绝缘层、半导体中间层、上绝缘层和半导体传输层以及同时位于所述半导体传输层之上的源电极和漏电极。

上述适应型OFET中，构成所述上绝缘层和下绝缘层的材料为无机绝缘材料、有机绝缘材料或电解质绝缘材料；

其中，所述无机绝缘材料为二氧化硅、三氧化二铝、二氧化锆或五氧化二钽；

其中，所述有机绝缘材料为聚乙烯醇肉桂酸酯、聚乙烯醇(也即PVA)、聚对二甲苯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、透明氟树脂、聚苯乙烯、聚乙烯基苯酚；更具体可为派瑞林或PVA；所述派瑞林具体可为派瑞林C；

其中，所述电解质绝缘材料为固态电解质绝缘材料，包括离子液体-聚合物以及离子盐-聚合物复合电解质；

构成所述半导体中间层和半导体传输层的材料为具有场效应传输性能的有机半导体材料；具体选自小分子材料和聚合物材料中至少一种；所述小分子材料具体选自PBTTT、PDPP3T和并五苯中至少一种；所述聚合物材料选自聚乙烯醇、聚乙烯醇肉桂酸酯和派瑞林C中至少一种。