PTDPP-TT(Polythieno[3,2-b]thiophene Diketopyrrolopyrrole,简称DPPT-TT或DPDPP-TT)是一种基于DPP(二苯并吡喃-2,6-二酮)单元与TT(噻吉并[3,2-b]噻吉)单元共聚的低带隙共轭聚合物。其化学式为(C60H88N2O2S4)n,具有宽光吸收范围(可达近红外)、高迁移率(可达cm2 V-1 s-1)以及优异的环境稳定性。近年来,随着有机电化学晶体管(OECT)在生物传感、柔性电子等领域的兴起,DPPT-TT由于其独特的离子-电子混合传输特性,成为构建高性能OECT器件的热点材料。
PTDPP-TT的分子骨架由交替排列的DPP受体单元和TT供体单元构成,形成了典型的受体-供体-受体(A-D-A)共轭主链结构。这种结构设计既保证了共轭主链的平直性,又引入了侧链以提升可加工性和结晶度。
PTDPP-TT的分子量较大(数万至十几万),具有高度共轭的π-电子系统。通常在DPP单元的氮原子上引入了长烷基链(如2-辛基-12-烷基),以增强其在有机溶剂中的溶解性,并调节其薄膜的形貌和结晶度。
吡咯并吡咯二酮-受体单元(A)具有强吸电子能力、高度的平面刚性结构和形成强分子间相互作用的潜力(通过羰基的氢键和π-π堆积)。DPP单元上的N-烷基侧链(通常是2-辛基十二烷基或直链辛基)决定了聚合物的溶解度和结晶行为。
噻吩并噻吩-给体单元(D)是一个富电子、高度平面化的并环芳香单元,具有扩展的共轭体系和强的π-电子离域能力。其平面性有助于降低聚合物主链的构象无序。
这种D-A交替共聚的结构带来了两个关键优势:
1、能级调控:通过分子内电荷转移效应,有效降低聚合物的带隙(Eg ~1.3-1.5 eV),使其光学吸收扩展到近红外区域,并优化其最高占据分子轨道和最低未占分子轨道能级,从而获得良好的空气稳定性和适宜的氧化(p型掺杂)电势。
2、主链平面性:DPP和TT单元本身都具有优异的平面性,且它们之间的连接键(通常是噻吩)扭转角极小。这种高度刚性和平面的主链结构,极大地促进了聚合物链间紧密、有序的π-π堆积,这是实现高电荷载流子迁移率的物理基础。
在OECT中的应用研究
在OECT器件中,DPPT-TT充当离子-电子混合导体(OMIEC)?。当外加栅压时,电解质中的离子(如 Li+或Cl-) 会注入或脱注入到DPPT-TT的共轭主链中,引发氧化或还原反应(掺杂/去掺杂),从而调控通道的体积电导率(σ)
1、生物传感与离子检测
DPPT-TT基OECT 器件利用其对离子浓度变化的敏感性,可用于检测生理环境中的各种生物分析物。研究表明,通过优化DPPT-TT与聚合物电解质(如PVA/LiClO4)的配比,可显著影响器件的阈值电压漂移和离子传输特性,从而实现对特定离子(如Na+、K+)的灵敏检测。
DPPT-TT材料通过化学修饰或与生物相容性聚合物(如壳聚糖)复合,可构建出适用于植入式或可穿戴生物传感的OECT设备,实现对生理信号的实时监测。
2、神经形态计算与人工突触
DPPT-TT OECT在模拟生物神经突触功能方面展现出巨大潜力。DPPT-TT的离子掺杂/去掺杂过程具备记忆特性,能够模拟神经突触的短时程增强(STP)和抑制(STD)以及阈值电压漂移(长期可塑性)。
研究团队已利用DPPT-TT OECT构建了8×8的交叉阵列,通过离子注入辅助的调控策略,实现了并行向量乘法运算,展示了在类脑计算和人工智能硬件中的应用前景。
3、柔性电子与可拉伸器件
DPPT-TT与弹性体(如SEBS)的复配有助于提升器件的机械柔性。DPPT-TT:SEBS混合膜在柔性基底上表现出良好的电导响应,可用于构建柔性触觉传感器或电子皮肤,实现对外界应力或温度变化的感知。