前言
半导体单壁碳纳米管(swCNT)是一类很有前途的新兴应用材料。特别是，它们被证明具有卓越的生物传感能力，能够应对现有的传感器可靠性、灵敏度和选择性方面的挑战。碳纳米管（CNT）具有强大的机械性能，因其独特的结构和结合力而具有优异的导电性能。特别是，他们的sp2杂交允许相当大的电子离域，具有优良的电荷输运能力。近年来，半导体碳纳米管在新型高性能领域得到了广泛的应用。在最近的一篇关于碳纳米管化学传感器的综述中，人们对这种传感器的选择性仍然知之甚少。这也是影响其应用的一大挑战。
研究内容
斯坦福大学的科学家报告了直接暴露在含有不同溶质的水溶液中的单壁碳纳米管(swCNT)网络的特性。这是通过使用一种固态介质聚(偏二氟乙烯-共六氟丙烯)(ePVDF-HFP)实现的，该材料已被证明与swCNT兼容，并可实现低压场效应晶体管(FET)的工作。研究证明，暴露在纯水或含有不同电解质的水中，可以观察到通流、阈值电压和表观器件迁移率的变化。当swCNT与水直接接触时，会明显偏离理想状态。使用两种不同的装置几何形状讨论了对Hg2+的选择性响应以及pH值得可逆响应。此外，还研究了水铵/氨直接接触swCNT的影响。这些结果表明，仔细分析场效应晶体管的电流-电压(I-V)特性可以深入了解基于cnt的生物传感器的传感机制，这对于开发稳定、可靠和选择性的生物传感器系统至关重要。
实验方法
文中使用的器件是底栅结构，顶部接触和利用ePVDF-HFP作为介质。为了证实swCNT s可以沉积在疏水ePVDF-HFP层上，他们使用了原子力显微镜(AFM)。组成的一个网络互联等厚度swCNT年代ePVDF-HFP层上清晰可见的地形和相位图像,表面粗糙度约名RRMS = 0.72 nm,和地形的最大峰值值以下= 6.5 nm。swCNT网络的pH响应已经用不同的架构进行了测试，显示出不同的电流变化归因于不同的运行机制。对于直接暴露于水溶液中的swCNT，观察到在较高的pH值下电流减小，导致pH值的三阶响应。这可能表明多个传感机制的叠加。另一方面，将SiOx作为pH响应的最上层，在pH值较高时，会导致漏极电流增加。这与之前观察到的SiOx和swCNT通道电容耦合一致，呈现出线性的、栅电压依赖的pH响应。
低电压、单壁碳纳米管(swCNT)网络场效应晶体管的电特性
基于cnt的低压场效应晶体管。a,b)环境条件下测量swCNT场效应晶体管输出特性
低压swCNT场效应晶体管对pH和NH4OH的响应
结论
半导体swCNT在新兴的生物医学应用中很有前景。特别是，它们已经证明了卓越的生物传感能力，并准备好应对现有的传感器可靠性、灵敏度和选择性方面的挑战。在这项工作中，科学家重点研究了使用橡胶双层介质聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)的swCNT场效应晶体管。这些装置表现出高重现性和小的装置之间的变化，以及在低电压下的大电流输出(<0.5 V)，使他们与大多数生理液体兼容。使用这些设备，他们测试了FET的I-V特性，作为理解活性层对不同水环境的响应的一种方式。研究发现，直接与水环境(包括不同的溶质)接触可引起swCNT网络电响应的显著变化，这表明多种传感机制共存。当在水中操作时，我们的器件特性发生显著变化，并不能表现出理想的MOSFET行为，这可能是由于多重叠加的极化效应(即水和不同溶质在水中环境中的极化)。目前的工作将有助于理解和阐明swCNT网络的电响应，以开发在复杂的水环境中更可靠和完全选择性的生物传感器。
https://doi.org/10.1002/smll.202002875。
