美國麻省理工開發新時代半導體 有如果凍的OMIEC聚合物

編譯／高晟鈞

智慧型手錶、健身手環、智慧型戒指在內的眾多穿戴式設備，是將汗液中的離子訊號轉換為電晶體使用的電子訊號。然而，由於離子與電子的傳導度呈反比，因此大多設備會犧牲電子傳導度，以實現離子吸收的最大化。

對此，美國麻省理工（MIT）開發了一種名為有機混合離子電子導體（Organic Mixed Ionic-Electronic Conductors; OMIEC）的新材料，能平衡離子與電子的性能，有效率地將生物訊號轉化為電氣訊號，是新時代半導體的潛力材料之一。然而，人們對於OMIEC的分子微觀結構與機制仍知之甚少，在OMIEC商業化前，是必須填補的知識空白。

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什麼是有機混合離子電子導體？

OMIEC是一種柔軟的半導體聚合物，在注入電解質後會膨脹呈類似果凍的凝膠，但在300⁰C的溫度下仍然保有原來的電化學特性，因此可以利用既有的商用積體電路製程。OMIEC這種最大化接收與保留離子電荷的能力，十分類似於神經細胞利用離子傳遞訊號的過程。因此，OMIEC在模擬大腦神經元的人工突觸具有巨大潛力，可以作為神經網路的基礎，強化電子學與生物學的融合。

OMIEC膨脹的秘密

一般來說，膨脹將會完全破壞大多數材料的電子特性，而填補OMIEC的此一特殊性能的知識空白，將是其商業化前的重要工作。對此，史丹佛大學的科學家採用了一種特殊的冷凍電子顯微鏡（Cryo 4D-STEM），使用強大的電子束而非光束來成像，特別適合用於生物分子等「光束敏感」的柔軟材料。這種顯微鏡透過將樣品進行冷卻，以防止電子對柔軟的材料造成損壞。

團隊經觀察後發現，OMIEC的軟液晶聚合物結構可以拉伸和彎曲，從而在聚合物折疊帶之間形成的電解質氣泡周圍形成連續的電子路徑。OMIEC一但膨脹，體積將增加200%，但即使在充放電過程中，聚合物鏈也不會有太大的結構變化。這使得OMIEC可以實現更高效的離子交換，同時對材料本身的壓力最小，從而使OMIEC依舊具有良好的導電性。

OMIEC展現了未來電子材料的理想特性，其類似神經細胞的離子傳遞特性也展現了作為神經網路基礎的優秀潛力。

資料來源:ScitechDaily

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