聚[2,5-双(3-十四烷基噻吩-2-基)噻吩并[3,2-b]噻吩](PBTTT-C14)?(CAS 888491-19-8)是一种经典的共轭高分子材料,广泛应用于有机光电器件(如有机场效应晶体管、太阳能电池)中。近年来,随着有机电化学晶体管(OECT)?作为生物传感平台的兴起,PBTTT-C14因其独特的物理化学特性,被重新审视并用于构建高性能OECT器件。
结构及特性
PBTTT-C14是一种典型的“双苯并噻吩(Double Benzodithiophene)?”骨架聚合物。其化学名称为Poly[2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2yl)thieno[3,2-b]thiophene]。
主链(Backbone)?由噻吩(Thiophene)?单元和噻吩并噻吩(Thieno[3,2-b]thiophene)?单元交替组成。主链中的硫原子(S)通过共轭作用延伸了π电子体系,使得电子在分子链上高度离域化,形成了高效的电荷传输通道。
侧链(Side Chains)分子链上的每个噻吩环上连接有一个长烷基链(C14H29),该侧链不仅提供了材料的溶解性(使其可以在常用溶剂如氯氯仿、氯苯中形成均匀溶液),还通过空间位阻作用控制了分子链的取向和堆积。
1、高载流子迁移率:PBTTT-C14是目前已知的载流子迁移率最高的有机半导体材料之一。其在特定取向薄膜(Edge-on)下的迁移率可达1.3 cm2/V·s,远高于传统的P3HT(约10?2 cm2/V·s)。
2、结晶取向性(Edge-on Orientation)?:PBTTT-C14分子链倾向于在薄膜中形成边缘朝上(Edge-on)?的取向。此取向使得π-π堆叠方向垂直于基底,有利于电荷在基底平面内的横向传输。这种独特的取向也是其高迁移率的关键物理基础。
3、光电性质:由于共轭体系的延伸,PBTTT-C14通常在400-600 nm波段有强吸收,能隙较小,具备良好的光电活性。
相关应用
1、传统p型OECT通道材料(Electron Transfer)?
OECT的工作机制依赖于离子在半导体通道中的渗透和去掺杂/再掺杂过程。作为p型材料,PBTTT-C14在OECT中充当电子供体(Donor)?。
构建了基于PBTTT-C14的酶促OECT生物传感器。该器件的结构层次为:Al?O?绝缘层/ PBTTT-C14半导体层(通过滴铸法沉积)/Au源漏极。虽然该研究主要聚焦于生物酶的电化学活性,但PBTTT-C14在此作为导电通道,展示了其在电化学环境中的稳定性。
2、新型OECT结构平台(Substrate材料)?
与传统的OECT结构(如PEDOT:PSS直接作为通道材料)不同,研究者尝试利用PBTTT-C14的结晶取向性和高迁移率,将其作为源漏极间的导电通道(Channel)?,而非电解质或掺杂剂。
PBTTT-C14 的高迁移率意味着在相同的电场下,载流子(空穴)的漂移速度更快,从而提升OECT的跨导,增强信号放大能力。
PBTTT-C14的主链稳定性较好,且侧链可以有效隔离外部离子,理论上可以构建出具有高灵敏度且耐久性强的OECT结构。