[发明专利]一种基于激光诱导石墨烯的全碳有机电化学晶体管制备方法及其应用

权利要求书

1.一种基于激光诱导石墨烯的有机电化学晶体管的制备方法，其特征在于:使用柔性易于图案化的激光诱导石墨烯LIG作为电极，包括源极、漏极和栅电极；以光栅模式工作的CO₂激光雕刻机在聚酰亚胺膜上对LIG电极进行图案化，源极和漏极由有机半导体连接，有机半导体使用十二烷基苯磺酸(DBSA)为表面活性剂使聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT：PSS)与多孔LIG电极有效结合；制作成的全碳柔性有机电化学晶体管(LIG-OECT)，通过在多孔的LIG栅极表面修饰铂纳米颗粒(PtNPs)实现H₂O₂的灵敏传感，栅极表面修饰铂纳米颗粒、葡萄糖氧化酶(Gox)与壳聚糖实现葡萄糖的灵敏传感。

2.根据权利要求1所述的基于激光诱导石墨烯的有机电化学晶体管的制备方法，其特征在于：

激光诱导石墨烯的雕刻参数为CO₂激光器，波长10.6μm，焦距为5cm，功率为3.0W,扫描速度为100mm/s,步长为1像素；

有机半导体的配方为500μL PEDOT：PSS(1.0～1.3wt％水溶液)，0.5μL DBSA，2.5μLGOPS(硅烷偶联剂),滴铸15μL混合溶液在电极区域作为通道，120℃退火1小时；有机半导体通道尺寸为4mm(w)×500μm(l)×500nm(d)。

3.根据权利要求1所述的基于激光诱导石墨烯的有机电化学晶体管的制备方法，其特征在于：

激光诱导石墨烯(LIG)电极的制备：通过CO₂激光器在100μm厚的聚酰亚胺薄膜上原位激光雕刻石墨烯电极，激光工作模式为光栅模式，功率为3W，扫描速度为100mm/s，焦距为5cm；电极为共平面的三电极(源极、漏极和栅极)，源极与漏极平行，之间的距离为500μm，定义为晶体管的通道宽度；栅极与源极相距2mm，三个电极均可为长方形(3×12mm²)；有机半导体的配比：将0.5μL DBSA(十二烷基苯磺酸)和500μL PEDOT:PSS(1.0～1.3wt％水溶液)混合并剧烈搅拌20分钟；然后，加入2.5μL GOPS(硅烷偶联剂)溶液并再搅拌2小时；

有机电化学晶体管(OECT)器件的制备：将15μL混合物溶液滴涂在聚酰亚胺膜上的LIG源漏电极图案上，用作OECT中的通道层；使用预制的PET框架(由激光雕刻机制备)将滴铸面积控制为5×6mm²；滴注通道在120℃下退火1小时；然后在半导体上滴加100μL磷酸缓冲盐溶液(PBS)作为电化学晶体管测试的电解质层。

4.根据权利要求1所述的基于激光诱导石墨烯的有机电化学晶体管的制备方法，其特征在于：有机电化学晶体管栅极的表面修饰：首先在栅极靠近源极的一端(3×4mm²的区域)离子溅射一层铂纳米颗粒(溅射电流2.5mA，时间40s)，用于特异性识别H₂O₂；接着在铂纳米颗粒区域上方滴加10μL葡萄糖氧化酶溶液(20mg/mL)，5μL壳聚糖溶液(1wt％)，4℃冰箱12小时。

5.根据权利要求1所述基于激光诱导石墨烯的有机电化学晶体管的制备方法，其特征在于：制备得到的有机电化学晶体管具有高柔性(弯曲，扭转)，高稳定性(8000次循环)，归一化跨导高达31cm S^-1。

6.根据权利要求1所述的基于激光诱导石墨烯的有机电化学晶体管的应用，其特征在于：在LIG栅极上修饰PtNPs、GOx,实现高灵敏H₂O₂、葡萄糖检测。

7.根据权利要求1所述方法制备得到的基于激光诱导石墨烯的有机电化学晶体管的应用，其特征在于：LIG-OECT可用于非疾病的治疗与诊断的人体生物标志物的灵敏检测。

8.根据权利要求1所述方法制备得到的基于激光诱导石墨烯的有机电化学晶体管的应用，其特征在于：用于制备可穿戴的汗液传感器。