新型原位π離子凝膠有機超分子電晶體，用於碳基柔性電子學和高效光伏
電晶體是控制電流開/關的重要元件，它內置於PC和智慧型手機等電子設備中。實際使用中的大多數電晶體由諸如矽之類的硬質無機材料製成，並且以較少的能量穩定地工作，但是近年來，可以在更廣泛的應用中使用的柔性器件已經變得柔性。與當前的矽太陽能電池板和電晶體相比，基於有機導體的系統可能更加靈活柔性且易於安裝。但是其缺點是可通過的電流量很小。有機電化學電晶體（OECT）作為解決此問題的一種裝置而出現，它可以承載的電流是傳統有機電晶體的1000倍，但電流開/關時的響應速度更快。有一個問題，它非常慢。
為了克服電化學電晶體的這種問題，日本筑波大學的研究人員通過使用由導電聚合物製成的離子凝膠，創建了一種新的碳基電子器件，即π離子凝膠電晶體（PIGT）。
這項工作（Advanced Materials，"利用原位π離子凝膠的快速響應有機超分子電晶體"）可能會導致更便宜，更可靠的柔性可印刷電子產品。
有機導體是可以承載電流的碳基聚合物，有可能從根本上改變電子設備的製造方式。這些導體具有可以通過化學修飾進行調整的特性，並且可以輕鬆地印刷為電路。
研究人員制定了一種通過形成"離子凝膠"來保留有機導體電學特性的新方法。在這種情況下，聚（對亞苯基亞乙炔基）（PPE）鏈周圍的溶劑被離子液體代替，然後變成凝膠。使用共聚焦螢光顯微鏡和掃描電子顯微鏡，研究人員能夠驗證有機導體的形態。"我們證明了π離子凝膠的內部結構是PPE的納米纖維網絡，它非常擅長可靠地導電"，作者Yohei Yamamoto教授說。
所產生的電晶體可以在不到20微秒的時間內響應電壓變化而導通和截止，這比以前的任何此類器件都要快。
PIGT的設備結構如圖所示。它的製造過程非常簡單，因為只需要在帶有預構圖電極的基板上形成π離子凝膠即可。門是位於接點旁邊的外部針。不需要堆疊介電層，因為內部IL充當內部電容器（有關詳細協議，請參見實驗部分）。建議的功能機制如下：一旦柵極受到負偏壓，內部陽離子和陰離子就會分別移動到柵極和觸點。在觸點和π離子凝膠的邊界處形成雙電層，從而實現歐姆接觸（圖 b）。歐姆接觸感應p對PPE進行摻雜，然後通過過量的陰離子來補償和穩定摻雜區。所述p摻雜的接觸和膨脹到整個凝膠開始如從摻雜的器件的黑色明顯（圖 c ）。因此，期望體積電導率以及OECT。
建議的PIGT功能機制。a）PIGT的設備結構。施加柵極電壓後，離子會解離並在觸點上形成雙電層（EDL），b）允許注入載流子。c）整個凝膠被電化學摻雜，通道變成3D導電的。
山本教授解釋說："我們計劃利用超分子化學和有機電子學的這一先進技術設計出一系列靈活的電子設備。" 快速的響應時間和高導電率為柔性傳感器開闢了道路，這些傳感器在不犧牲速度或性能的前提下，易於與有機導體相關的製造。
結論：
π離子凝膠的內部結構是PPE的納米纖維網絡，最大可容納100倍大的離子液體。這種原位π離子凝膠既可以充當有源層又可以充當內部柵極電容器。集成的離子液體充當光纖的電容器並觸發電導率。PIGT顯示了基於累積模式電化學電晶體的最快響應時間（<20 s）。通過使用微觀超分子組件為器件製造提供合理的平臺，以使宏觀器件性能最大化，從而在超分子化學和有機電子學的跨學科領域提供了一種新方法。凝膠的柔韌性和不存在介電層是PIGT的其他優勢，使其可以應用於柔性印刷電子產品。