综述：平衡有机电化学晶体管的性能与稳定性特性

这篇综述系统探讨了有机电化学晶体管（OECT）在生物电子和传感应用中的性能与稳定性平衡策略，重点分析了材料设计（如PEDOT:PSS、聚噻吩衍生物）、器件结构优化（如几何参数μC*、gm）及降解机制（如氧还原反应ORR、离子滞留）。文章揭示了性能指标（如μC*>700 F/(cm·V·s)）与稳定性（如循环次数NC>104）间的权衡关系，并提出了分子工程、界面调控等解决方案，为下一代OECT开发提供了全面指导。

　　

材料、结构与OECT特性

有机电化学晶体管（OECT）凭借高跨导（g_m达275 mS）、低驱动电压和生物相容性，成为生物传感和神经接口的核心器件。其核心结构包含有机混合离子-电子导体（如PEDOT:PSS）与电解质界面，通过栅极电压调控体电导率。性能参数μC*（载流子迁移率μ与体积电容C*的乘积）直接决定g_m，而稳定性则体现于循环次数N_C（最高达5×10⁴次）和阈值电压V_th（低至0.02 V）。

性能与稳定性的机制冲突

OECT的离子渗透与电子传输存在固有矛盾：亲水性侧链（如乙二醇EG）提升离子渗透性，但过量吸水会导致聚合物膨胀，破坏π-π堆叠网络，降低电子迁移率。例如，p(g2T-TT)的μC*达261 F/(cm·V·s)，但水合作用使其形态不可逆改变。此外，氧还原反应（ORR）在IP<4.9 eV的材料（如PEDOT:PSS）中生成H₂O₂，加速化学降解，而高IP材料（如p(gPyDPP-MeOT2)）可抑制此路径。

材料创新与结构优化

分子设计：通过EG侧链调控（如p(g2T2-g4T2)）和D-A骨架构建（如PDPP-3EG），可平衡μ与C*。例如，静电自组装的PEDOT:PSS实现μC*=752.5 F/(cm·V·s)。几何优化：垂直结构OECT缩短离子路径，提升响应速度；纳米通道降低工作电压。添加剂工程：离子液体（如EMIM OTF）优化PEDOT:PSS形态，使g_m提升至218 S/cm。

稳定性提升策略

界面调控：自组装单层（SAMs）修饰金电极可降低接触电阻R_c，如MBT处理使g_m提高30%。防护层集成：聚合物胶层阻隔O₂渗透，使p(g4T2-O)的N_C提升5倍。固态电解质：水凝胶电解质（如PVA）增强机械稳定性，实现自修复功能。

未来挑战与方向

当前n型材料（如BBL）的μC*仍低于p型（如PEDOT:PSS），需开发新型骨架（如Cl₂-BAL）。同时，需统一测试标准以横向比较不同研究结果。通过多尺度模拟（如分子动力学）和跨学科协作，OECT有望在脑机接口、器官芯片等领域实现突破性应用。