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

Norrköping har fått en digital tvilling

Med hjälp av AI och djupinlärning har LiU-forskare tagit fram en digital tvilling av Norrköping. Modellen, som skapar möjligheter att upptäcka staden på helt nya sätt, tar nu plats i en utställning på Visualiseringscenter C.

Kaj Holmberg och Roghayeh Hajizadeh

Effektivisering av snöröjning i städer

Forskare på Matematiska institutionen vid Linköping har tagit fram en matematisk modell om hur snöröjning kan optimeras i svenska städer.

Man som står i en matbutik

Edvin pausade studierna och startade obemannad matbutikskedja

Edvin Johansson pausade studierna på civilingenjörsprogrammet i Industriell ekonomi för att starta AutoMat, en obemannad matbutikskedja. Nu är han tillbaka på campus med sin hittills största butik – belägen mitt i det myllrande studentlivet.