Descrição e operação do OECT. uma seção transversal OECT, fiação, e dimensões:comprimento do canal (L), e espessura (d). A fonte, ralo, e portão (S, D, G, respectivamente), e tensões relevantes (porta, tensão de drenagem:V G, V D) e correntes (dreno de corrente, I D) os termos também são rotulados. b Curva de transferência representativa (I D - V G) para um dispositivo de modo de acumulação tipo p (V D <0 V), e a curva de transcondutância correspondente (g m). O esquema à direita indica o estado de doping do filme, onde o estado “LIGADO” permite deriva / penetração do ânion e subsequente estabilização de orifícios no backbone semicondutor. Nos esquemas, cátions são laranja, ânions são azuis, e os buracos são vermelhos. Crédito: Nature Communications (2017). DOI:10.1038 / s41467-017-01812-w
Nos últimos cinco anos, Jonathan Rivnay, da Northwestern University, notou um aumento no desenvolvimento de novos condutores orgânicos mistos - materiais poliméricos que podem transportar elétrons e íons. Mais leve, mais flexível, e mais fácil de processar do que suas contrapartes inorgânicas, os materiais à base de carbono são promissores em uma ampla variedade de aplicações, variando de dispositivos médicos a armazenamento de energia. Mas, com o aumento da produtividade e da inovação, surge um problema talvez imprevisto.
"Pode ser desafiador e demorado pegar novos materiais, coloque-os em um dispositivo, e registrar seu desempenho, "disse Rivnay, professor assistente de engenharia biomédica na McCormick School of Engineering da Northwestern. "Mas ainda mais desafiador é comparar adequadamente o desempenho desses novos materiais uns com os outros, porque não existe um método de benchmarking estabelecido."
Agora Rivnay e sua equipe preencheram esse vazio. Para ajudar os pesquisadores a identificar os melhores condutores orgânicos mistos para aplicações específicas, Rivnay e sua equipe desenvolveram uma nova estrutura para avaliar e comparar seus desempenhos. Este método não apenas permite a comparação de materiais existentes, também pode ser usado para informar o projeto de novos materiais orgânicos.
A pesquisa foi publicada online na sexta-feira, 24 de novembro em Nature Communications . Rivnay é o autor correspondente do artigo. Sahika Inal, professor assistente de biociência na King Abdullah University of Science and Technology, serviu como o primeiro autor do artigo.
Condutores orgânicos são materiais macios que conduzem eletricidade. Eles são promissores em termos de baixo custo, leve, tecnologias flexíveis, incluindo células solares, circuitos eletrônicos imprimíveis, e diodos emissores de luz orgânicos. Mais recentemente, sua capacidade de interagir intimamente com íons e biomoléculas levou a um interesse significativo na eletrônica biointegrada, como dispositivos médicos implantáveis que podem monitorar ou regular os sinais dentro do corpo humano.
Um único material, Contudo, não pode trazer todas essas aplicações à realidade. Cada aplicação requer um material com determinadas características definidas. Um sensor, por exemplo, pode exigir um material com extrema sensibilidade, enquanto uma nova classe de baterias pode precisar de um material que seja mais estável ou tenha maior capacidade para manter uma carga eletrônica.
"Os esforços de design de materiais aceleraram o desenvolvimento de novos materiais com funcionalidades e desempenho específicos, "Rivnay disse." Mas nos falta uma figura de mérito baseada em materiais para avaliar e orientar o design e o desenvolvimento de materiais. "
Para resolver este problema, Rivnay e sua equipe analisaram o transistor eletroquímico orgânico, um tipo de transistor no qual íons fluem entre um condutor orgânico e um eletrólito para ligar ou desligar a corrente elétrica que flui através do dispositivo. Nos últimos 20 anos, os pesquisadores normalmente usam um conjunto limitado de polímeros condutores nesses dispositivos. Rivnay trocou esses polímeros por 10 condutores mistos orgânicos recém-desenvolvidos.
Depois de construir transistores eletroquímicos de 10 condutores orgânicos mistos diferentes, Rivnay e sua equipe mediram o desempenho de cada transistor, comparar parâmetros como a facilidade com que cada dispositivo transportou íons e armazenou uma carga eletrônica. Ao avaliar o desempenho de cada material como um transistor, Rivnay então avaliou facilmente seus pontos fortes e fracos.
"Usamos transistores eletroquímicos orgânicos como uma ferramenta para entender novos condutores orgânicos mistos, "Rivnay disse." Esta ferramenta não nos permite apenas ver se um material é melhor do que outro, também nos diz o porquê. "
Embora Rivnay tenha realizado seus experimentos com um conjunto de 10 novos materiais, o método poderia ser usado para qualquer número de condutores orgânicos recentemente desenvolvidos. Próximo, ele planeja explorar mais as propriedades dos materiais de alto desempenho entre aqueles que testou.
"Estamos analisando os materiais mais promissores e tentando responder a mais perguntas, por exemplo, como torná-los mais estáveis ou sensíveis, "Rivnay disse." Nosso trabalho nos permite pensar sobre esses materiais de forma mais racional, pois os direcionamos para aplicações como biossensor. "
