基于有机半导体的晶体管在柔性电子器件、传感器、人机界面、机器人、健康医疗等方面具有广阔的潜在应用前景，尤其在传统硅基半导体之外的领域更具吸引力。相比柔性电子器件，可拉伸变形的电子器件更具挑战，而兼具可拉伸和高跨导的有机晶体管则鲜有报道。另外，基于有机晶体管的神经形态感知器件的光响应通常局限于紫外到近红外波长范围，受限于有机半导体的带隙宽度，在中红外波段难以工作。

针对这些难题与需求，同济大学材料科学与工程学院黄佳教授团队研发了高可拉伸、高跨导有机电化学晶体管（OECT），并联合中国科学院上海技术物理研究所研发仿生中红外神经形态晶体管，系统探索了其化学感知、类触觉和类视觉的感知性能。以上两项工作均发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上。

工作一：可拉伸全凝胶有机电化学晶体管

近年来，柔性电子技术的快速发展为可穿戴设备、智能传感、电子皮肤及生物医学工程等领域带来了新机遇。OECT因其独特的离子/电子耦合特性、低工作电压、高跨导和优异的生物相容性，成为柔性电子器件的核心候选技术之一。然而，其可拉伸性与电学性能间的矛盾限制了其应用范围。已报道的可拉伸OECT通常跨导有限；而高跨导OECT通常可拉伸性差。兼具高可拉伸和高跨导OECT的构筑充满挑战。

鉴于此，黄佳教授团队开发了高可拉伸全凝胶OECTs，通过构建一体化凝胶网络结构，突破了传统器件中离子渗透/传输效率与机械性能难以协同提升的技术瓶颈，赋予器件优异的综合性能。全凝胶OECT展现出高跨导（86.4 mS）、高开关比（105），同时具备50%的拉伸形变能力，并在1万次拉伸循环测试中保持稳定工作。研究团队成功构筑了基于全凝胶OECT的可拉伸人工突触器件、高灵敏度电子皮肤以及气体传感器，有望应用于机器人的触觉感知、类生物嗅觉传感。本工作为发展新一代高性能柔性电子器件提供了一种普适性的全凝胶策略，有望推动智能可穿戴设备、软体机器人和生物电子接口等领域的发展。

器件制备、结构和应用示意图

相关研究成果以“Stretchable all-gel organic electrochemical transistors”为题，在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。同济大学材料科学与工程学院博士生陆琳琳为论文第一作者，黄佳教授、祖国庆副教授和杨洁研究员为论文通讯作者。

工作二：基于有机/二维半导体异质结的中红外响应神经形态晶体管

中红外（MIR）光因能穿透烟雾、雾霾和尘埃等障碍物，在军事侦察、火灾预警、自动驾驶等领域至关重要。然而基于传统冯・诺依曼架构的中红外视觉系统传感、存储和处理单元分离导致数据传输耗时和效率受限。尽管有机晶体管类神经形态器件在运动处理上展现独特性能，但此前研究主要局限于近红外和可见光范围，中红外响应的有机晶体管类神经器件报道极少，这主要是受限于有机半导体的带隙宽度，而二维半导体材料为这一问题的解决提供了新的思路。

研究团队开发出了一种基于二维无机/有机（PdSe2/pentacene）异质结构的新型中红外神经形态晶体管。该晶体管基于持续光电导（PPC）效应，在4.25 μm中红外光照射下展现出类似生物突触的可塑性，并能通过调节光脉冲时长实现从短期记忆到长期记忆的转换，展现出对动态运动轨迹的实时感知与记忆功能。基于此晶体管构建的储备池计算（RC）系统，在对中红外火焰运动数据集进行训练后，能够实现对火焰运动方向的精准识别，准确率高达94.79%。这一成果展示了其在高效、实时中红外机器视觉应用中的巨大潜力，为下一代中红外视觉系统的发展奠定了基础。

基于PdSe2/pentacene异质结构的仿生中红外神经形态晶体管

研究成果以“Bio-inspired mid-infrared neuromorphic transistors for dynamic trajectory perception using PdSe2/pentacene heterostructure”为题发表于《自然・通讯》（Nature Communications）。同济大学材料科学与工程学院博士生高怀宇为论文第一作者，学院黄佳教授、杨洁研究员，以及中国科学院上海技术物理研究所苗金水研究员为论文通讯作者。