Description et fonctionnement de l'OECT. une coupe OECT, câblage, et dimensions :longueur du canal (L), et épaisseur (d). La source, égoutter, et porte (S, RÉ, G, respectivement), et les tensions correspondantes (grille, tension de drain:V G, V D) et les courants (courant de drain, I D) les termes sont également étiquetés. b Courbe de transfert représentative (I D − V G) pour un dispositif à mode d'accumulation de type p (V D < 0 V), et la courbe de transconductance correspondante (g m). Les schémas de droite indiquent l'état de dopage du film, où l'état « ON » permet la dérive/la pénétration des anions et la stabilisation ultérieure des trous sur le squelette semi-conducteur. Dans les schémas, les cations sont oranges, les anions sont bleus, et les trous sont rouges. Crédit: Communication Nature (2017). DOI :10.1038/s41467-017-01812-w
Au cours des cinq dernières années, Jonathan Rivnay de la Northwestern University a remarqué une augmentation du développement de nouveaux conducteurs mixtes organiques, des matériaux polymères capables de transporter à la fois des électrons et des ions. Briquet, plus flexible, et plus faciles à traiter que leurs homologues inorganiques, les matériaux à base de carbone sont prometteurs dans un large éventail d'applications, allant des dispositifs médicaux au stockage d'énergie. Mais avec l'augmentation de la productivité et de l'innovation vient un problème peut-être imprévu.
« Il peut être difficile et long de prendre de nouveaux matériaux, les mettre sur un appareil, et enregistrer leurs performances, " dit Rivnay, professeur adjoint de génie biomédical à la McCormick School of Engineering de Northwestern. "Mais encore plus difficile est de comparer correctement les performances de ces nouveaux matériaux les uns avec les autres car il n'y a pas eu de méthode d'analyse comparative établie."
Aujourd'hui, Rivnay et son équipe ont comblé ce vide. Pour aider les chercheurs à identifier les meilleurs conducteurs mixtes organiques pour des applications spécifiques, Rivnay et son équipe ont développé un nouveau cadre pour évaluer et comparer leurs performances. Cette méthode permet non seulement de comparer des matériaux existants, il pourrait également être utilisé pour éclairer la conception de nouveaux matériaux organiques.
La recherche a été publiée en ligne vendredi, 24 novembre à Communication Nature . Rivnay est l'auteur correspondant de l'article. Sahika Inal, professeur adjoint de biosciences à l'Université des sciences et technologies King Abdullah, a été le premier auteur de l'article.
Les conducteurs organiques sont des matériaux mous qui conduisent l'électricité. Ils sont prometteurs à peu de frais, poids léger, technologies flexibles, y compris les cellules solaires, circuits électroniques imprimables, et des diodes électroluminescentes organiques. Plus récemment, leur capacité à interagir intimement avec les ions et les biomolécules a conduit à un intérêt important pour l'électronique bio-intégrée, tels que les dispositifs médicaux implantables qui peuvent surveiller ou réguler les signaux à l'intérieur du corps humain.
Un seul matériau, cependant, ne peut pas concrétiser toutes ces applications. Chaque application nécessite un matériau avec certaines caractéristiques définies. Un capteur, par exemple, peut nécessiter un matériau d'une extrême sensibilité, tandis qu'une nouvelle classe de batteries pourrait avoir besoin d'un matériau plus stable ou ayant une capacité plus élevée pour contenir une charge électronique.
"Les efforts de conception des matériaux ont accéléré le développement de nouveaux matériaux avec des fonctionnalités et des performances spécifiques, ", a déclaré Rivnay. "Mais nous manquons d'une figure de mérite basée sur les matériaux pour comparer et guider la conception et le développement des matériaux."
Pour résoudre ce problème, Rivnay et son équipe se sont penchés sur le transistor électrochimique organique, un type de transistor dans lequel des ions circulent entre un conducteur organique et un électrolyte afin d'activer ou de désactiver le courant électrique traversant le dispositif. Depuis 20 ans, les chercheurs ont généralement utilisé un ensemble limité de polymères conducteurs dans ces dispositifs. Rivnay a remplacé ces polymères par 10 conducteurs mixtes organiques nouvellement développés.
Après avoir construit des transistors électrochimiques à partir de 10 conducteurs mixtes organiques différents, Rivnay et son équipe ont mesuré les performances de chaque transistor, comparer des paramètres tels que la facilité avec laquelle chaque appareil transportait des ions et stockait une charge électronique. En évaluant les performances de chaque matériau en tant que transistor, Rivnay a ensuite facilement évalué leurs forces et leurs faiblesses.
"Nous avons utilisé les transistors électrochimiques organiques comme outil pour comprendre les nouveaux conducteurs mixtes organiques, " a déclaré Rivnay. " Cet outil ne nous permet pas seulement de voir si un matériau est meilleur qu'un autre, cela nous dit aussi pourquoi.
Bien que Rivnay ait effectué ses expériences avec un ensemble de 10 nouveaux matériaux, la méthode pourrait être utilisée pour n'importe quel nombre de conducteurs organiques nouvellement développés. Prochain, il prévoit d'explorer davantage les propriétés des matériaux les plus performants parmi ceux qu'il a testés.
« Nous examinons les matériaux les plus prometteurs et essayons de répondre à plus de questions, comme comment les rendre plus stables ou sensibles, " a déclaré Rivnay. "Notre travail nous permet de penser à ces matériaux de manière plus rationnelle alors que nous les ciblons pour des applications telles que la biodétection."
