Nano Energy: 柔性透明摩擦电子学晶体管及主动式电子器件调控（附视频）
【引言】
近年来，柔性电子技术由于其柔韧和轻便等特点，在可穿戴电子、智能皮肤、可弯曲显示屏和人机界面等方面展示出很大的应用前景。柔性电子器件的基板具有可变形性，采用的聚合物材料也具有接触起电的特性，可为其与外界环境的交互建立主动式机制。
摩擦电子学是利用摩擦产生的静电势作为门极信号来调控半导体中电传输与转化特性，以实现各种功能器件的研究与应用领域，由中国科学院北京纳米能源与系统研究所于2014年首次提出。
【成果简介】
最近，由中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士（通讯作者）、张弛研究员（通讯作者）和清华大学董桂芳副教授（通讯作者）等人开展了柔性透明的摩擦电子学晶体管研究，相关成果发表于Nano Energy期刊。他们将摩擦纳米发电机与有机薄膜晶体管进行结合，采用高透光柔性材料，可通过滑动接触起电作为门电压来调控源漏电流大小，在可见光范围内具有71.6%的透光度，并在多种弯曲度下具有良好的稳定性和耐久性。
【图文导读】
图1 柔性透明摩擦电子学晶体管(FTT)示意说明图
(a) 基于自由滑动模式的摩擦纳米发电机（TENG）和有机薄膜晶体管（OTFT）的FTT结构示意图
(b) FTT的实物图及其光透射率
(c) FTT光学显微镜图像顶视图
(d) 具有蚀刻纳米结构的FEP表面的SEM图像
图2 FTT原理及其特性
(a)手指在FEP膜上沿着Y轴上滑动时的导电沟道和漏极电流的变化
(b) FTT在不同滑动距离下的IDS-VDS特性
(c) FTT在漏极电压为-7.5V时的IDS-d传输特性
图3 FTT在不同弯曲形式、曲率下的柔韧性
(a、b) 在压缩应变状态下、漏极电压为-8 V时，不同的滑动距离和弯曲半径的IDS输出特性。插图是IDS-d传输特性和不同弯曲半径下的FTT示意图
(c) 在压缩应变状态下、漏极电压为-8 V时，拟合曲线斜率-弯曲半径曲线
(d、e) 在拉伸应变状态下、漏极电压为-8 V时，不同的滑动距离和弯曲半径的IDS输出特性。插图是IDS-d传输特性和不同弯曲半径下的FTT示意图
(f) 在拉伸应变状态下、漏极电压为-8 V时，拟合曲线斜率-弯曲半径曲线
图4 FTT稳定性及持久性
(a、b) FTT分别在压缩和拉伸应变状态（弯曲半径为20毫米）下，从0到5mm连续滑动FEP膜3000个周期时的IDS
(c、d) FTT分别在压缩和拉伸应变状态（弯曲半径为20毫米）下，连续弯曲-释放1000次的Imax/Imin（Imax：滑动距离为7mm时的漏极电流，Imin滑动距离为0mm时的漏极电流）。插图是FTT在弯曲、释放状态图像
图5 传统电子器件的主动式调控
(a、b) 用于各种常规电子器件的主动调控的便携式FTT示意图和等效电路
(c) 亮度与手指滑动距离之间的关系。插图是通过手指在工作台上滑动调制电致发光面板的照片
(d) 磁强度与手指滑动距离之间的关系。插图是通过手指在手腕上滑动调制磁场强度的照片
(e) 声强度与手指滑动距离之间的关系。插图是通过手指在弧形表面上滑动调制声音强度的照片
(f) 压电双晶片的位移与手指滑动距离之间的关系。插图是通过手指在手机触摸屏上滑动调制压电双晶片的照片
【展望】
柔性透明摩擦电子学晶体管可集成于操作面板、电子皮肤、护腕、手机触屏等平滑或弯曲的界面上，通过手指的滑动，实现对冷光片、磁铁、蜂鸣器和压电片等常用电子器件的主动式调控。
文献链接：Flexible Transparent Tribotronic Transistor for Active Modulation of Conventional Electronics（Nano Energy, 2016, DOI: 10.1016/j.nanoen.2016.11.042）
本文由材料人电子电工学术组李小依供稿，材料牛整理编辑。
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