Le chercheur LiU Klas Tybrandt a développé un modèle théorique qui explique le couplage entre les ions et les électrons dans le polymère conducteur largement utilisé PEDOT:PSS. Le modèle pourrait avoir des applications en électronique imprimée, stockage d'énergie dans le papier, et bioélectronique.

L'un des matériaux les plus couramment utilisés en électronique organique est le polymère conducteur PEDOT:PSS, l'objet de dizaines de milliers d'articles scientifiques. L'un des principaux avantages de PEDOT:PSS est qu'il conduit à la fois des ions et des électrons, mais les chercheurs manquaient d'un modèle qui explique comment cela fonctionne.

Klas Tybrandt, chercheur principal dans le groupe Soft Electronics au Laboratoire d'électronique organique, Campus Norrköping, a développé un tel modèle théorique pour l'interaction entre les ions et les électrons qui explique comment le transport des ions et le transport des électrons sont liés. Le modèle a été publié dans la prestigieuse revue Avancées scientifiques .

« Les modèles électrochimiques classiques ont été principalement utilisés dans le passé pour ce type de système, et cela a conduit à un certain degré de confusion, puisque les modèles n'incluent pas les propriétés des semi-conducteurs. Nous avons utilisé une description purement physique qui clarifie les concepts, " dit Klas Tybrandt.

Le matériau est un mélange d'un polymère semi-conducteur et d'un polymère conducteur d'ions. Les deux phases sont mélangées jusqu'à l'échelle nanométrique, et même un film mince contient un grand nombre d'interfaces. A la surface de contact entre les phases électronique et ionique, ce qu'on appelle une "double couche électrique" forme, ce qui signifie qu'une séparation de charge s'établit ici entre les ions et les électrons.

"Nous avons combiné la physique des semi-conducteurs avec une théorie des électrolytes et des doubles couches électriques, et nous avons pu décrire les propriétés du matériau sur une base théorique. Nous avons également des résultats expérimentaux montrant que le modèle est en accord avec les mesures de laboratoire, " dit Klas Tybrandt.

PEDOT:PSS est l'un des nombreux matériaux polymères qui agissent de la même manière. Une meilleure compréhension du matériau et de ses propriétés uniques est une avancée majeure pour les chercheurs dans plusieurs domaines de l'électronique organique. Un de ces domaines est l'électronique imprimée, où il est désormais possible de calculer et d'optimiser les performances des écrans électrochromes et des transistors.

Un autre domaine qui bénéficie du nouveau modèle est la bioélectronique. Ici, les matériaux conducteurs à la fois des ions et des électrons sont particulièrement intéressants, puisqu'ils peuvent coupler les systèmes conducteurs d'ions du corps avec les circuits électroniques dans, par exemple, capteurs. "Nous pouvons optimiser les applications d'une toute nouvelle manière, maintenant que nous comprenons le fonctionnement de ces matériaux, " dit Klas Tybrandt.

Un troisième domaine est le stockage de l'énergie dans le papier, un domaine dans lequel les chercheurs de LiU sont des leaders mondiaux. « Comprendre la complexité de ces polymères nous permet de développer et d'optimiser la technologie. Ce sera l'un des domaines du Wallenberg Wood Science Center nouvellement ouvert, " dit Klas Tybrandt.