Ny metode benchmarks organiske blandede ledere

Inden for de sidste fem år har Northwestern Universitys Jonathan Rivnay har bemærket en stigning i udviklingen af ​​nye organiske blandede ledere - polymermaterialer, der kan transportere både elektroner og ioner. Lettere, mere fleksibel, og lettere at behandle end deres uorganiske modstykker, de kulstofbaserede materialer viser løfte i et bredt sortiment af applikationer, lige fra medicinsk udstyr til energilagring. Men med øget produktivitet og innovation kommer et måske uforudsete problem.

”Det kan være udfordrende og tidskrævende at tage nye materialer, læg dem på en enhed, og registrere deres præstationer, sagde Rivnay, adjunkt i biomedicinsk teknik i Northwestern's McCormick School of Engineering. "Men endnu mere udfordrende er det korrekt at sammenligne disse nye materialers ydeevne med hinanden, fordi der ikke har været en etableret benchmarking -metode."

Nu har Rivnay og hans team fyldt dette tomrum. For at hjælpe forskere med at finde de bedste organiske blandede ledere til specifikke applikationer, Rivnay og hans team har udviklet en ny ramme til benchmark og sammenligning af deres præstationer. Denne metode giver ikke kun mulighed for sammenligning af eksisterende materialer, det kan også bruges til at informere design af nye organiske materialer.

Undersøgelsen blev offentliggjort online fredag, 24. november i Naturkommunikation . Rivnay er papirets tilsvarende forfatter. Sahika Inal, adjunkt i biovidenskab ved King Abdullah University of Science and Technology, fungerede som papirets første forfatter.

Organiske ledere er bløde materialer, der leder elektricitet. De viser løfte om billige, let, fleksible teknologier, herunder solceller, printbare elektroniske kredsløb, og organiske lysemitterende dioder. For nylig, deres evne til at interagere tæt med ioner og biomolekyler har ført til betydelig interesse for biointegreret elektronik, såsom implanterbart medicinsk udstyr, der kan overvåge eller regulere signaler inde i menneskekroppen.

Et enkelt materiale, imidlertid, ikke kan bringe alle disse applikationer til virkelighed. Hver applikation kræver et materiale med en række bestemte egenskaber. En sensor, for eksempel, kan kræve et materiale med ekstrem følsomhed, mens en ny klasse af batterier muligvis har brug for et materiale, der er mere stabilt eller har større kapacitet til at holde en elektronisk opladning.

"Materialedesignindsatsen har fremskyndet udviklingen af ​​nye materialer med specifikke funktioner og ydeevne, "Rivnay sagde." Men vi mangler en materialebaseret fortjeneste til benchmark og vejledning i design og udvikling af materialer. "

For at løse dette problem, Rivnay og hans team kiggede på den organiske elektrokemiske transistor, en type transistor, hvor ioner strømmer mellem en organisk leder og en elektrolyt for at tænde eller slukke den elektriske strøm, der strømmer gennem enheden. I de sidste 20 år har forskere har typisk brugt et begrænset sæt ledende polymerer i disse enheder. Rivnay byttede disse polymerer ud med 10 nyudviklede organiske blandede ledere.

Efter at have bygget elektrokemiske transistorer fra 10 forskellige organiske blandede ledere, Rivnay og hans team målte, hvor godt hver transistor klarede sig, sammenligne parametre som f.eks. hvor let hver enhed transporterede ioner og lagrede en elektronisk ladning. Ved at evaluere hvert materiales ydeevne som en transistor, Rivnay vurderede derefter let deres styrker og svagheder.

"Vi brugte organiske elektrokemiske transistorer som et værktøj til at forstå nye organiske blandede ledere, "Sagde Rivnay." Dette værktøj giver os ikke bare mulighed for at se, om et materiale er bedre end et andet, det fortæller os også hvorfor. "

Selvom Rivnay udførte sine eksperimenter med et sæt med 10 nye materialer, metoden kunne bruges til et vilkårligt antal nyudviklede organiske ledere. Næste, han planlægger at undersøge egenskaberne af de mest effektive materialer blandt dem, han testede.

"Vi ser på de mere lovende materialer og forsøger at besvare flere spørgsmål, såsom hvordan man gør dem mere stabile eller følsomme, "Rivnay sagde." Vores arbejde giver os mulighed for at tænke over disse materialer mere rationelt, da vi målretter dem mod applikationer som f.eks. Biosensering. "