Descripción y funcionamiento de OECT. una sección transversal OECT, alambrado, y dimensiones:longitud del canal (L), y espesor (d). La fuente, drenar, y puerta (S, D, GRAMO, respectivamente), y voltajes relevantes (puerta, voltaje de drenaje:V G, V D) y corrientes (corriente de drenaje, Los términos I D) también están etiquetados. b Curva de transferencia representativa (I D - V G) para un dispositivo de modo de acumulación de tipo p (V D <0 V), y la correspondiente curva de transconductancia (g m). Los esquemas de la derecha indican el estado de dopaje de la película, donde el estado "ENCENDIDO" permite la deriva / penetración de aniones y la estabilización posterior de los orificios en la columna vertebral semiconductora. En los esquemas, los cationes son naranjas, los aniones son azules, y los agujeros son rojos. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza (2017). DOI:10.1038 / s41467-017-01812-w
En los últimos cinco años, Jonathan Rivnay, de la Northwestern University, ha notado un aumento en el desarrollo de nuevos conductores orgánicos mixtos, materiales poliméricos que pueden transportar tanto electrones como iones. Encendedor, mas flexible, y más fáciles de procesar que sus homólogos inorgánicos, los materiales a base de carbono se muestran prometedores en una amplia variedad de aplicaciones, desde dispositivos médicos hasta almacenamiento de energía. Pero con el aumento de la productividad y la innovación surge un problema quizás imprevisto.
"Puede ser un desafío y llevar mucho tiempo tomar nuevos materiales, ponerlos en un dispositivo, y registrar su actuación, "dijo Rivnay, profesor asistente de ingeniería biomédica en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. "Pero aún más desafiante es comparar adecuadamente el rendimiento de estos nuevos materiales entre sí porque no ha habido un método de evaluación comparativa establecido".
Ahora Rivnay y su equipo han llenado este vacío. Para ayudar a los investigadores a identificar los mejores conductores orgánicos mixtos para aplicaciones específicas, Rivnay y su equipo han desarrollado un marco novedoso para evaluar y comparar sus actuaciones. Este método no solo permite la comparación de materiales existentes, también podría utilizarse para informar el diseño de nuevos materiales orgánicos.
La investigación se publicó en línea el viernes, 24 de noviembre en Comunicaciones de la naturaleza . Rivnay es el autor correspondiente del artículo. Sahika Inal, profesor asistente de biociencia en la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah, sirvió como primer autor del artículo.
Los conductores orgánicos son materiales blandos que conducen la electricidad. Se muestran prometedores a bajo costo, ligero, tecnologías flexibles, incluidas las células solares, circuitos electrónicos imprimibles, y diodos emisores de luz orgánicos. Más recientemente, su capacidad para interactuar íntimamente con iones y biomoléculas ha generado un interés significativo en la electrónica biointegrada, como dispositivos médicos implantables que pueden monitorear o regular señales dentro del cuerpo humano.
Un solo material, sin embargo, no puede hacer realidad todas estas aplicaciones. Cada aplicación requiere un material con unas características determinadas. Un sensor, por ejemplo, puede requerir un material con extrema sensibilidad, mientras que una nueva clase de baterías puede necesitar un material que sea más estable o tenga mayor capacidad para contener una carga electrónica.
"Los esfuerzos de diseño de materiales han acelerado el desarrollo de nuevos materiales con funcionalidades y rendimiento específicos, ", Dijo Rivnay." Pero nos falta una figura de mérito basada en materiales para evaluar y guiar el diseño y desarrollo de materiales ".
Para resolver este problema, Rivnay y su equipo buscaron el transistor electroquímico orgánico, un tipo de transistor en el que los iones fluyen entre un conductor orgánico y un electrolito para encender o apagar la corriente eléctrica que fluye a través del dispositivo. Durante los últimos 20 años, los investigadores normalmente han utilizado un conjunto limitado de polímeros conductores en estos dispositivos. Rivnay cambió esos polímeros por 10 conductores mixtos orgánicos recientemente desarrollados.
Después de construir transistores electroquímicos a partir de 10 conductores mixtos orgánicos diferentes, Rivnay y su equipo midieron qué tan bien funcionaba cada transistor, comparando parámetros como la facilidad con la que cada dispositivo transportaba iones y almacenaba una carga electrónica. Al evaluar el desempeño de cada material como transistor, Rivnay luego calificó fácilmente sus fortalezas y debilidades.
"Utilizamos transistores electroquímicos orgánicos como herramienta para comprender los nuevos conductores orgánicos mixtos, "Rivnay dijo." Esta herramienta no solo nos permite ver si un material es mejor que otro, también nos dice por qué ".
Aunque Rivnay realizó sus experimentos con un conjunto de 10 nuevos materiales, el método podría utilizarse para cualquier número de conductores orgánicos desarrollados recientemente. Próximo, planea explorar más a fondo las propiedades de los materiales de alto rendimiento entre los que probó.
"Estamos analizando los materiales más prometedores y tratando de responder a más preguntas, por ejemplo, cómo hacerlos más estables o sensibles, ", Dijo Rivnay." Nuestro trabajo nos permite pensar en estos materiales de manera más racional a medida que los dirigimos a aplicaciones como la biosección ".
