Saltopløsning producerer bedre organiske elektrokemiske transistorer

Doping bruges almindeligvis til at forbedre ydeevnen i halvledende enheder, men har ikke tidligere haft succes med elektrontransport eller n-type, organiske elektroniske materialer. Nu, en tilgang udviklet af KAUST bruger et dopingmiddel, et tilsætningsstof, der øger den elektroniske ydeevne og vandstabilitet af en n-type halvledende polymer, at producere den første vandstabile n-dopede, organiske elektrokemiske transistorer, kendt som OECTs.

Organiske elektrokemiske transistorer omfatter plastblandede ledere-aktive halvlederlag, der leder ioniske og elektroniske ladninger på samme tid. Disse blandede ledere tillader OECT'er at konvertere ioniske signaler i elektrolytter og biologiske væsker til elektroniske signaler. Imidlertid, udførelsen af ​​n-type organiske halvledere halter bag deres hultransporterende modparters ydelser i miljøer dikteret af biologiske systemer, hvilket er en stor hindring for at udvikle logiske kredsløb og transistorarrays.

Nuværende metoder til forbedring af de elektroniske egenskaber for OECT'er involverer syntetisering af nye plastblandede ledere. Et KAUST-team har valgt en simpel teknik ved hjælp af ammoniumsaltetra-n-butylammoniumfluorid som et n-dopemiddel og den konjugerede polymer P-90, som indeholder naphthalen- og thiophenenheder, som en blandet leder. Holdet opløste dopemidlet og halvlederen i to separate løsninger og kombinerede dem derefter. "Denne teknik kan bruges i ethvert laboratorium uden at være kemiker eller specialist, "siger tidligere KAUST postdoc Alexandra Paterson, der ledede undersøgelsen under Sahika Inals mentorskab.

Forskerne opdagede, at effektive n-doping afhænger af adskillelse af ammoniumkationen fra dens fluoranion. Saltet overfører fluoridanionen til polymeren for at generere et fluoreret P-90-radikal og et P-90-anionradikal. De resulterende delokaliserede og uparrede elektroner forbedrer elektrokemisk doping i OECT'erne.

Saltet fungerede også som et morfologisk additiv ved at reducere og udglatte overfladestrukturen, forårsager dannelse af aggregater på polymerfilmen, hvilket letter ladningstransport i filmen.

"Saltets dobbelte rolle påvirker både elektroniske og ioniske aspekter ved blandet ledning, "Paterson forklarer.

Forskerne testede OECT'ernes driftsstabilitet i luft og vand samt deres holdbarhed, når de opbevares i biologiske medier. "OECT'erne og n-dopingmekanismerne er ekstremt stabile, "Siger Paterson. Dette er en stor præstation, for mens de undersøgte polymerer er designet til at være stabile, n-type dopemidler er normalt ustabile under elektrokemiske driftsbetingelser, især i luft og vandige opløsninger.

Teamet arbejder nu på at udnytte den lange holdbarhed og driftsstabilitet af disse n-dopede OECT'er til bioelektroniske applikationer, såsom glukosesensorer og enzymatiske brændselsceller. De evaluerer også potentielle anvendelser til overvågning af ionkanalaktivitet i celler samt opbygning af næste generations mikroskala kation sensorer.