摘要：大家好！在生活中，我们常常会遇到这样的场景：想知道身边有没有隐藏的东西，或者在黑暗中难以看清周围环境。今天一起来了解一种有机电感应晶体管（EST）——《Bio-inspired organic electrosense transistor for impal
大家好！在生活中，我们常常会遇到这样的场景：想知道身边有没有隐藏的东西，或者在黑暗中难以看清周围环境。今天一起来了解一种有机电感应晶体管（EST）——《Bio-inspired organic electrosense transistor for impalpable perception》发表于《SCIENCE ADVANCES》，它能像一些动物一样感知电场，拥有难以触及的感知能力，一起来看看吧！
*本文只做阅读笔记分享*
一、现有电感知设备的不足
虽然现在已经有基于导体和半导体的电感知设备来检测带电物体啦，但和生物的感知能力比起来，还是差了点意思。
就像基于导电材料的电容式设备，它能检测移动的带电物体，可要是物体移动得很慢或者不动，它就没办法了，也分不清电荷的极性和运动方向。
基于半导体的场效应晶体管呢，理论上很有潜力，可由于对电荷动力学了解不够，又缺乏定量模型指导设计，很难做到高灵敏度和高稳定性，而且对电场强度也不敏感。
这些问题要是不解决，就很难设计出满足需求的电感知设备，也会阻碍难以触及的感知技术发展。
二、EST的设计灵感与结构
一些动物，像电鱼和单孔目动物，它们有一种特殊的“第六感”，能用电感受细胞检测周围电场，在黑暗的海洋或泥泞的河床里自由穿梭、捕食。
受此启发，科学家们设计出了EST。EST模仿了电压门控离子通道调节电感受细胞跨膜电导的功能。
它有有机半导体晶体薄膜（OSCFs）作为空间电场门控载流子通道，还有一个导电电荷泵层（CPL），中间隔着电介质。
这就好比给晶体管装上了特殊的“感知器官”，让它能更好地感知电场。
三、EST的工作原理——电荷泵增强电荷感应
EST检测电场有两个关键步骤哦。
首先，空间电场在半导体层感应出电荷；然后，感应出的电荷在半导体层传输，通过两个电极测量产生的电流。
为了让电荷感应效果更好，EST用了掺杂硼的导电硅作为CPL，上面覆盖着300纳米的二氧化硅电介质层。
这样一来，由于电荷泵效应，就能在半导体晶体的最高占据分子轨道（HOMO）中产生更多感应空穴。
而普通的类似晶体管的电场感应设备，用的是没有CPL的绝缘基板，产生的载流子就少很多。
通过有限元分析（FEA）模型模拟发现，EST能让电场线汇聚在CPL上，形成等势线，产生感应电位。
模拟得到的感应电位和实验结果一致，而且EST的感应电荷密度比普通设备高近10倍呢，这就说明CPL能通过电荷泵效应有效增强感应电荷。
另外，电介质层厚度变化对感应电荷密度影响不大，这为使用其他柔性电介质聚合物提供了可能。
四、EST的性能优化——调节通道结晶度编程时间响应
在实际应用中，稳定的响应很重要。
EST通道中感应电荷在通过离域电子态（HOMO）产生感应电流时，会掉进电荷陷阱，导致电流衰减。
科学家们通过技术计算机辅助设计（TCAD）模拟，发现可以通过调节半导体通道的陷阱分布来编程时间响应。
实验中，用了水表面辅助受限组装法得到了OSCFs，它具有很好的结晶度。和其他结晶度低的薄膜（如多晶薄膜、层状薄膜和岛状薄膜）相比，OSCFs的设备从准稳态响应过渡到了稳态响应，响应比更高，接触电阻更低，平均势垒高度也更低。
这表明结晶度能有效调节设备的时间响应，让EST有稳定的响应和高灵敏度的电场感应能力。
五、EST的卓越感知能力
基于OSCFs的EST设备对正负电场都有独特的阶跃响应，和传统传感电极相比，它的响应比和灵敏度都高很多，检测限也低很多。
EST能识别带电物体的靠近和远离，而且对物体的运动速度不敏感，还能检测物体的振动，在高频响应测试中表现也很好。
经过多次循环测试和电场老化测试，EST性能稳定，这为构建可靠的人工电感知系统打下了坚实基础。
六、EST在机器人中的应用——实现难以触及的感知与行动
为了让机器人也能拥有这种神奇的感知能力，科学家们把EST装在爬行机器人的头上，打造了一个人工电感知系统。
就像电鱼利用电感知来导航一样，机器人也能通过EST检测电场信号，然后把信号转化为数字信号，经过微控制器处理后，给机器人提供行动指令。
在模拟实验中，机器人能根据检测到的正负电场信号，准确地在有电场边界的道路上导航。
而且，这个系统还能让机器人检测到隐藏在盒子里的带电物体，像藏在不透明盒子里的带电乒乓球，基于OSCFs的EST系统检测灵敏度和准确率都很高，远高于其他薄膜的EST系统。
七、总结与展望
EST能模仿电感受细胞，感知微弱的空间电场，还能区分极性。科学家们建立了模型来揭示它的电荷动力学原理。
这个研究成果有望推动电感知设备的设计和发展，以后可以用在危险环境巡逻、搜索救援等领域，让人工系统拥有更强大的感知能力。
如果大家还想了解更多关于EST的实验细节和技术原理，可以查看论文中的材料与方法部分哦。希望未来，EST能给我们的生活带来更多惊喜，今天的分享就到这里啦，拜拜！
八、一起来做做题吧
1、关于现有电感知设备，下列说法正确的是？
A. 基于导电材料的电容式设备能检测所有带电物体
B. 基于半导体的场效应晶体管已实现高灵敏度和高稳定性
C. 现有电感知设备在灵敏度、极性分化和按需输出方面不如生物
D. 现有电感知设备对电场强度都有很好的敏感性
2、EST 模仿的是以下哪种细胞的功能？
A. 视觉细胞
B. 电感受细胞
C. 触觉细胞
D. 听觉细胞
3、EST 中电荷泵层（CPL）的主要作用是？
A. 产生电场
B. 增强电荷感应
C. 传输电流
D. 调节电压
4、通过调节 EST 的什么可以编程其时间响应？
A. 电介质层厚度
B. 通道结晶度
C. 电极材料
D. 设备尺寸
5、基于 OSCFs 的 EST 设备与传统传感电极相比，具有以下哪种优势？
A. 响应比和灵敏度更低
B. 检测限更高
C. 能对电场产生持续稳定的响应
D. 对电场强度无相关性
6、将 EST 安装在爬行机器人上，不能实现以下哪种功能？
A. 检测隐藏物体
B. 在电场边界道路上导航
C. 区分物体颜色
D. 感知带电物体的靠近和远离
参考文献：
Cong Wang et al. Bio-inspired organic electrosense transistor for impalpable perception. Sci. Adv.11, eads7457(2025).
来源：知识泥土六二三