AM:基于可生物降解羊毛角蛋白的生物聚合物离子电子学

文摘 2024-11-27 08:15 甘肃

离子电子学的出现揭示了柔性晶体管、能量收集和非常规电路的巨大潜力。然而，大多数电离电子器件通常以合成聚合物为中心，涉及复杂的接枝或合成，这引起了对其环境可持续性的合理担忧。在此，提出了一种使用羊毛角蛋白（WK）开发单一成分离子电子器件的简单而通用的方法，WK 是一种可生物降解且 pH 响应的天然聚合物。通过采用简单的 pH 调节过程，具有相反极性的 WK 分子被成功修饰，它们通过熵驱动的消耗结合形成离子异质结。这种离子异质结起到离子二极管的作用，能够对交流电信号进行高效整流（整流比高达 199）。此外，这种生物聚合物离子电子器件的应用扩展到机械能收集、自供电传感。

图文简介

使用两个带相反电荷的羊毛角蛋白的基于羊毛角蛋白的离子异质结的设计和结构。a）具有不同放大倍率的羊毛纤维的分层结构。b）基于角蛋白的异质结形成离子双电层的示意图。c）离子二极管的典型照片和 d）界面处的 SEM 图像。e）酸处理（左）和碱处理（右）角蛋白膜的 SEM 图像。

基于 WK 的离子二极管的整流效应。a）带有一对 FTO 电极的基于 WK 的离子二极管的器件结构。b） PWK/NWK 二极管在 ±1 V）交流电压为 ±1 V，0.05 Hz） WK 结的整流 d） WK 电离电子学的奈奎斯特图和等效电路模型。e）交流阻抗测量的波特相位图。f）奈奎斯特图和 g）波特相位图，这些图来自在各种偏置下对 WK 离子二极管进行的交流阻抗测试。h）通过带有一对 CNT 电极的 WK 离子二极管对超低电压信号进行整流的器件结构，以及 i）在 0.5 Hz 的 ±0.02 V 交流电压下产生的电流整流。

WKI 作为（a-f）机电传感器和（g-i）自供电传感器的潜在应用。a）基于 WKI 的机电传感器的示意图。代表性照片描述了 b）传感器的结构和 c）压缩过程。在循环单轴压缩下传感器的 d）开路电压（Voc）和 e）短路电流密度（Jsc）的产生。f）传感器的相应功率输出与负载电阻的关系。g）作为自供电传感器的 WKI 示意图。h）传感器正面和背面的典型照片。i） Voc 响应于手指压力的改变。

论文信息

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202414191

通讯作者：Youhui Lin, Pooi See Lee

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