萜品醇添加剂调控聚(3-己基噻吩)薄膜形态提升电解质门控晶体管性能的研究

本研究针对聚合物半导体薄膜形态影响电解质门控晶体管(EGT)性能的关键问题，通过系统研究萜品醇添加剂对聚(3-己基噻吩)(P3HT)薄膜形貌的调控作用，发现1.54%添加剂含量可使载流子迁移率从1.22提升至1.62 cm2V-1s-1，为溶液加工型有机电子器件性能优化提供了新策略。

　　

在柔性电子器件快速发展的今天，电解质门控晶体管(EGT)因其低工作电压(<3V)、高电流输出和溶液加工兼容性等优势，成为可穿戴设备和生物传感器领域的研究热点。然而，这类器件的性能严重受制于聚合物半导体薄膜的微观结构——粗糙的表面形貌和松散分子排列会导致载流子传输效率低下。聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为经典共轭聚合物，虽在有机电子领域广泛应用，但其溶液加工过程中溶剂快速挥发常导致薄膜产生孔洞缺陷。韩国忠南国立大学(Chungnam National University)的Kihyon Hong团队在《Organic Electronics》发表的研究，创新性地采用高沸点萜品醇(terpineol)作为溶剂添加剂，系统揭示了其对P3HT薄膜形态和EGT性能的调控机制。

研究团队主要采用自旋涂覆薄膜制备、原子力显微镜(AFM)形貌分析和X射线衍射(XRD)结构表征等技术方法。通过调控萜品醇添加浓度(0-4.50wt%)，结合热退火工艺优化，实现了对P3HT薄膜结晶行为和表面形貌的精确控制。

【表面形态和微观结构】AFM分析显示，含1.54wt%萜品醇的P3HT薄膜呈现致密连续形态，均方根粗糙度降低40%。XRD证实(100)晶面衍射峰强度增加，表明添加剂延缓溶剂挥发速率，促进分子有序堆积。

【电学性能】制备的EGT器件显示典型p型传输特性，最优组迁移率达1.62 cm²V^-1s^-1，较对照组提升33%。阻抗谱分析揭示添加剂处理样品具有更稳定的双电层(EDL)电容特性。

【作用机制】高沸点(219^oC)萜品醇在热退火过程中形成溶剂微环境，延缓P3HT分子沉淀动力学，使聚合物链获得充分自组装时间。但过量添加剂(>4.50wt%)会导致溶液分相，形成微观相分离结构。

该研究不仅建立了溶剂添加剂浓度与薄膜形态的定量关系，更创新性地将传统印刷工艺添加剂拓展至自旋涂覆技术体系。研究揭示的"溶剂延迟挥发-分子有序排列-载流子传输增强"作用链条，为溶液加工有机电子器件性能优化提供了普适性策略。特别值得注意的是，该方法仅需简单溶液配方调整即可显著提升器件性能，具有极佳的工业转化潜力，对柔性电子、生物传感等领域的器件开发具有重要指导价值。