基于有機半導體的晶體管在柔性電子器件、傳感器、人機界面、機器人、健康醫療等方面具有廣闊的潛在應用前景，尤其在傳統硅基半導體之外的領域更具吸引力。相比柔性電子器件，可拉伸變形的電子器件更具挑戰，而兼具可拉伸和高跨導的有機晶體管則鮮有報道。另外，基于有機晶體管的神經形態感知器件的光響應通常局限于紫外到近紅外波長范圍，受限于有機半導體的帶隙寬度，在中紅外波段難以工作。
針對這些難題與需求，同濟大學材料科學與工程學院黃佳教授團隊研發了高可拉伸、高跨導有機電化學晶體管（OECT），并聯合中國科學院上海技術物理研究所研發仿生中紅外神經形態晶體管，系統探索了其化學感知、類觸覺和類視覺的感知性能。以上兩項工作均發表在《自然·通訊》（Nature Communications）上。
工作一：可拉伸全凝膠有機電化學晶體管
近年來，柔性電子技術的快速發展為可穿戴設備、智能傳感、電子皮膚及生物醫學工程等領域帶來了新機遇。OECT因其獨特的離子/電子耦合特性、低工作電壓、高跨導和優異的生物相容性，成為柔性電子器件的核心候選技術之一。然而，其可拉伸性與電學性能間的矛盾限制了其應用范圍。已報道的可拉伸OECT通常跨導有限；而高跨導OECT通常可拉伸性差。兼具高可拉伸和高跨導OECT的構筑充滿挑戰。
鑒于此，黃佳教授團隊開發了高可拉伸全凝膠OECTs，通過構建一體化凝膠網絡結構，突破了傳統器件中離子滲透/傳輸效率與機械性能難以協同提升的技術瓶頸，賦予器件優異的綜合性能。全凝膠OECT展現出高跨導（86.4 mS）、高開關比（10?），同時具備50%的拉伸形變能力，并在1萬次拉伸循環測試中保持穩定工作。研究團隊成功構筑了基于全凝膠OECT的可拉伸人工突觸器件、高靈敏度電子皮膚以及氣體傳感器，有望應用于機器人的觸覺感知、類生物嗅覺傳感。本工作為發展新一代高性能柔性電子器件提供了一種普適性的全凝膠策略，有望推動智能可穿戴設備、軟體機器人和生物電子接口等領域的發展。
器件制備、結構和應用示意圖
相關研究成果以“Stretchable all-gel organic electrochemical transistors”為題，在線發表于《自然·通訊》（Nature Communications）。同濟大學材料科學與工程學院博士生陸琳琳為論文第一作者，黃佳教授、祖國慶副教授和楊潔研究員為論文通訊作者。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-025-59240-0
工作二：基于有機/二維半導體異質結的中紅外響應神經形態晶體管
中紅外（MIR）光因能穿透煙霧、霧霾和塵埃等障礙物，在軍事偵察、火災預警、自動駕駛等領域至關重要。然而基于傳統馮?諾依曼架構的中紅外視覺系統傳感、存儲和處理單元分離導致數據傳輸耗時和效率受限。盡管有機晶體管類神經形態器件在運動處理上展現獨特性能，但此前研究主要局限于近紅外和可見光范圍，中紅外響應的有機晶體管類神經器件報道極少，這主要是受限于有機半導體的帶隙寬度，而二維半導體材料為這一問題的解決提供了新的思路。
研究團隊開發出了一種基于二維無機/有機（PdSe2/pentacene）異質結構的新型中紅外神經形態晶體管。該晶體管基于持續光電導（PPC）效應，在4.25 μm中紅外光照射下展現出類似生物突觸的可塑性，并能通過調節光脈沖時長實現從短期記憶到長期記憶的轉換，展現出對動態運動軌跡的實時感知與記憶功能。基于此晶體管構建的儲備池計算（RC）系統，在對中紅外火焰運動數據集進行訓練后，能夠實現對火焰運動方向的精準識別，準確率高達94.79%。這一成果展示了其在高效、實時中紅外機器視覺應用中的巨大潛力，為下一代中紅外視覺系統的發展奠定了基礎。
基于PdSe2/pentacene異質結構的仿生中紅外神經形態晶體管
研究成果以“Bio-inspired mid-infrared neuromorphic transistors for dynamic trajectory perception using PdSe2/pentacene heterostructure”為題發表于《自然?通訊》（Nature Communications）。同濟大學材料科學與工程學院博士生高懷宇為論文第一作者，學院黃佳教授、楊潔研究員，以及中國科學院上海技術物理研究所苗金水研究員為論文通訊作者。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-025-60311-5
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