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.

En komplementär logisk kretsKomplementär logisk krets Foto: Thor BalkhedVärldens 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, LOEHengda Sun, postdoktor, LOE Foto: Thor BalkhedHengda 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

Simone Fabiano, LOESimone Fabiano, LOE Foto: Thor Balkhed– 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 om forskningen vid LoE

Person i labbrock och handskar häller en blå vätska på en glasyta.

Miljövänligare metod för att skapa organiska halvledare

Forskare vid LiU har utvecklat ett nytt miljövänligare sätt att skapa ledande bläck för användning i organisk elektronik som solceller och konstgjorda nervceller. Fynden banar väg för framtidens hållbara teknologi.

Två forskare i labbrock med handskar kopplar in sladdar till en bägare med vatten och en växt.

Elektronisk ”jord” ökar tillväxten hos grödor

Kornplantor växer i genomsnitt 50 procent mer när rotsystemet kan stimuleras elektriskt genom odlingssubstratet. Det visar forskare vid LiU som har utvecklat en elektriskt ledande ”jord” för hydroponi.

Halvmåneformad svart aerogel med vattendroppar.

Superlätt material kan bli nyckel för framtidens terahertz-teknik

Forskare vid LiU har visat att genomsläppligheten av terahertzstrålning genom en ledande aerogel kan regleras. En viktig egenskap för att kunna låsa upp fler användningsområden för terahertzvågor.

Senaste nytt från LiU

Tre personer i labbrock står och pratar.

Bättre neutronspeglar kan avslöja materiens inre hemligheter

Med bättre neutronspeglar kan effektiviteten vid materialanalyser i neutronkällor bli högre. Den förbättrade spegeln har LiU-forskare utvecklat genom att belägga en kiselplatta med tunna lager av järn och kisel blandat med borkarbid.

Ensamt barn i silhuett.

Riktlinjer saknas kring barn som utsatts för sexövergrepp

Hälften av 34 undersökta länder i Europa saknar riktlinjer för hur barn som utsatts för sexuella övergrepp ska få hälsovård och behandling. Ett av dem är Sverige. Det visar en studie som gjorts vid Linköpings universitet.

Person intervjuas och pratar om sin avhandling

Sigrid blev dubbeldoktor - vid 26 års ålder

En lång men också väldigt rolig resa, så beskriver Sigrid Nilsson sin tid som forskarstuderande vid Forskarlinjen. För nu har hon disputerat och kan därmed både blicka framåt och bakåt på sin forskning.