【新闻中心讯】近日，燕山大学材料科学与工程学院、亚稳材料全国重点实验室许凯课题组联合东华大学、湖北大学、瑞典林雪平大学等单位，在高稳定性双极性有机电化学晶体管（OECT）离子-电子耦合机制研究方面取得重要进展。研究团队通过多模态原位/工况表征方法，揭示了有机混合离子-电子导体中极化子积累、离子迁移和薄膜结构稳定性之间的内在关联。相关成果以“Multimodal operando characterization unravels polaron accumulation and ion dynamics in high-stability ambipolar OECTs”为题，于2026年4月15日在线发表于Science Advances。（DOI: 10.1126/sciadv.aea9786）
研究结合器件测试、原位光谱、电化学 EPR、GIWAXS、XPS 和力学测试，表征了 P-60 薄膜在不同栅压下的 p 型和 n 型电化学掺杂过程
有机电化学晶体管具有低电压工作、高跨导、柔性可加工和生物环境兼容等特点，在生物电子、柔性传感、神经形态器件和可穿戴电子等领域具有重要应用前景。然而，OECT 在工作过程中涉及离子进入/脱出聚合物薄膜以及聚合物骨架氧化还原反应，长期循环容易引发薄膜溶胀、结构重排和性能衰减。如何在实现高效离子-电子混合传输的同时保持器件稳定运行，是该领域面临的关键科学问题。
针对这一问题，研究团队以萘二酰亚胺-二烷氧基联噻唑共聚物P-6O为研究对象，构建了双极性OECT器件，并综合运用原位电子顺磁共振、原位X射线光电子能谱、原位掠入射广角X射线散射、原子力显微力学测试、光谱表征和理论计算等手段，系统研究了电化学掺杂过程中的电荷和离子行为。结果表明，P-6O基OECT在p型和n型工作模式下均表现出稳定的电学特性，并在连续1000次脉冲循环后保持良好的开关性能。
研究发现，P-6O在电化学掺杂过程中形成相对局域的p型和n型极化子，其中p型极化子主要分布于二烷氧基联噻唑单元，n型极化子主要分布于萘二酰亚胺单元。温度依赖 EPR 和 ATR-FTIR 结果进一步表明，聚合物与离子液体电解质之间存在非共价相互作用，可调控极化子局域环境和离子迁移过程。原位GIWAXS、AFM和 EQCM-D测试显示，P-6O薄膜在电化学p型和n型掺杂过程中仅发生极小的结构变化和体积变化，说明其稳定性来源于受控的离子-聚合物相互作用和受抑制的体积形变。
此外，原位XPS结果揭示了双极性掺杂过程中的离子迁移机制：n型掺杂时阳离子进入薄膜补偿注入电子，p型掺杂时阴离子参与电荷补偿。该双向离子迁移过程在维持局部电中性的同时，有效抑制了薄膜体积变化，使电子充电、离子迁移和结构稳定性形成协同调控。该研究表明，高稳定性OECT的实现并不单纯依赖高度离域的电子结构，而是取决于极化子局域、离子迁移和薄膜形貌稳定之间的协同平衡。
该工作提出了理解双极性OECT稳定运行的新机制框架，为高稳定性有机混合离子-电子导体材料设计、柔性生物电子器件开发以及OECT长期可靠性提升提供了重要实验依据和理论指导。
该研究获得国家自然科学基金、燕赵黄金台聚才计划、燕山大学科研启动基金、江西省自然科学基金、上海市科学技术委员会等项目支持。燕山大学为论文第一通讯单位，许凯副教授为论文共同通讯作者，硕士研究生郑皓予为论文共同第一作者。研究工作得到北京同步辐射光源和上海同步辐射光源支持。（编辑 高慧渊）
