11 januari 2018

Forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik har tagit fram världens första elektrokemiska logiska krets som är komplementär och som fungerar stabilt i vatten under lång tid. Genombrottet är av stor betydelse för utvecklingen av bioelektroniken.

Världens första tryckbara organiska elektrokemiska transistor presenterades av LiU-forskare redan 2002 och forskningen har gått snabbt framåt sedan dess. Flera komponenter i organisk elektronik, som lysdioder och elektrokroma displayer, finns idag ute på marknaden.

Det dominerande materialet forskarna arbetat med hittills är PEDOT:PSS, som är av p-typ, det vill säga materialet transporterar positivt laddade hål. För att bygga effektiva elektroniska komponenter behövs också ett kompletterande material, ett material av n-typ som transporterar elektroner. Hittills har det varit svår att hitta ett elektroniskt polymermaterial som varit tillräckligt stabilt, som fungerar i vatten och som behåller sin höga ledningsförmåga när det dopas.

Molekylär stege

I en artikel i ansedda Advanced Materials har Simone Fabiano, forskningsledare inom området Organisk nanoelektronik, vid Laboratoriet för organisk elektronik, och hans kollegor hittat ett stabilt n-typmaterial som är uppbyggt som en molekylär stege. Detta ger både stabilitet och bidrar till att ledningsförmågan förblir hög även när materialet är dopat. Ett exempel är BBL, poly(benzimidazobenzophenanthroline), vanligt inom solcellsforskningen.

Hengda Sun, postdoktor vid LiU, har hittat en metod att skapa tjocka filmer av materialet. Ju tjockare film, desto högre blir nämligen ledningsförmågan.

– Med hjälp av vår metod, spray-coating, har vi fått fram filmer som är upp till 200 nm tjocka och som kan nå en extremt hög ledningsförmåga, säger Simone Fabiano.

Det är en metod som också fungerar väl tillsammans med tryckt elektronik över stora ytor.

Hengda Sun har även visat att kretsarna fungerar under lång tid, både i syrerik miljö och i vatten.

Stort framsteg

– Detta kan verka som ett litet framsteg inom ett smalt område, men det vackra i detta är att det har stora konsekvenser för en mängd tillämpningar. Vi kan nu ta fram komplementära logiska kretsar – inverterare, sensorer och andra komponenter, som fungerar i fuktiga omgivningar eller i vatten, säger Simone Fabiano.

– I logiska kretsar, baserade på enbart elektrokemiska transistorer av p-typ, krävs resistanser som tar stor plats och därmed begränsar tillämpningarna. Med ett n-typ-material i verktygslådan kan vi framställa komplementära kretsar som utnyttjar arean betydligt mer effektivt, tack vare att resistanser nu inte krävs för att åstadkomma logiska kretsar, säger Magnus Berggren, professor i organisk elektronik och forskningsledare för Laboratoriet för organisk elektronik.

Några applikationer för de organiska komponenterna är tryckbara logiska kretsar i textil eller på papper, olika typer av billiga sensorer, mjuka och böjliga teckenfönster samt inte minst inom hela det stora bioelektroniska fältet. Polymerer som leder både joner och elektroner utgör den brygga som behövs mellan kroppens jonledningssystem och elektroniken i exempelvis sensorer.

Artikeln: Complementary logic circuits based on high-performance n-type organic electrochemical transistor, Hengda Sun, Mikhail Vagin, Suhao Wang, Xavier Crispin, Robert Forchheimer, Magnus Berggren, Simone Fabiano, Advanced Materials 2018. DOI 10.1002/adma.201704916

Kontakt

Fler nyheter organisk elektronik

Jontronisk pump i tunna blodkärl.

Effektivare cancerbehandling med jontronisk pump

När låga doser av cancerläkemedel tillförs kontinuerligt nära elakartade hjärntumörer med så kallad jontronik minskar cancercelltillväxten drastiskt. Det har forskare vid LiU och det Medicinska universitetet i Graz visat.

Glasskiva med droppe belyst underifrån.

Nästa generations hållbara elektronik dopas med luft

Forskare vid LiU har utvecklat en ny metod där organiska halvledare kan bli mer ledande med hjälp av luft som störämne. Enligt forskarna är det ett stort steg mot framtidens billiga och hållbara organiska halvledare.

Knappbatteri på finger.

Miljövänligt och billigt batteri för låginkomstländer

Ett batteri gjort av zink och lignin som kan användas över 8000 gånger. Det har forskare vid LiU utvecklat med visionen att det billiga och hållbara batteriet ska kunna användas i länder där tillgången på elektricitet är begränsad.

Senaste nytt från LiU

Florian Trybel

Samarbetet tänjer på fysikens gränser

Teoretikern Florian Trybel har en central roll i skapandet av nya material. Tillsammans med sin kollega inom experimentell forskning i Skottland siktar han på att utöka möjligheterna för material i extrema förhållanden.

Ung kvinna öppnar en dörr

Från teori till terapi

På Psykologmottagningen vid LiU får studenter på psykologprogrammet chans att göra skillnad på riktigt. Utöver en unik möjlighet att omsätta teori i praktik hjälper de patienter med allt från stresshantering, sömnbesvär, nedstämdhet, oro och fobier.

Kaiqian Wang.

Upptäckt om smärtsignalering kan bidra till bättre behandling

LiU-forskare har ringat in den exakta platsen på ett specifikt protein som finjusterar smärtsignalers styrka. Kunskapen kan användas för att utveckla läkemedel mot kronisk smärta som är mer effektiva och har färre biverkningar.