Geprinte elektronische transistorschakelingen en displays waarin de kleur van individuele pixels kan worden gewijzigd, zijn twee van de vele toepassingen van baanbrekend onderzoek in het Laboratory of Organic Electronics, Universiteit van Linköping. Nieuwe baanbrekende resultaten over deze onderwerpen zijn gepubliceerd in het prestigieuze wetenschappelijke tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

De onderzoekers in de organische elektronica hebben een favoriet materiaal om mee te werken:het geleidende polymeer PEDOT:PSS, die zowel elektronen als ionen geleidt. Uit dit polymeer vervaardigde displays en transistors hebben veel voordelen, waaronder dat ze eenvoudig en goedkoop te vervaardigen zijn, en het materiaal zelf is ongevaarlijk. Het heeft, echter, moeilijk om apparaten te maken die snel schakelen bij een bepaalde spanning, bekend als de "drempelspanning". Dit geeft dat het heeft, tot dusver, moeilijk om de huidige staat van de transistors of de kleurstatus van de displays op een precieze manier te regelen.

"Het ontbreken van een drempel in de redox-schakelkenmerken van PEDOT:PSS belemmert bistabiliteit en rectificatie, kenmerken die passieve matrixadressering in display- of geheugenfunctionaliteit mogelijk maken", zegt Simone Fabiano, hoofddocent bij het Laboratorium voor Organische Elektronica, LOE, wie is de hoofdauteur van het artikel in Science Advances, samen met Negar Sani van het onderzoeksinstituut RISE Acreo.

Ruim vijf jaar geleden ontstond bij het Laboratorium voor Organische Elektronica een wild idee:zou je dit probleem kunnen oplossen door elektrochemie te combineren met ferro-elektriciteit? Ferro-elektrische materialen bestaan ​​uit dipolen. Het ene uiteinde van een dipool heeft een positieve lading en het andere uiteinde een negatieve lading, en deze "ferro-elektrische" dipolen roteren wanneer ze worden blootgesteld aan een elektrisch veld boven een bepaalde drempel.

Hoofd van het laboratorium Professor Magnus Berggren kon dit idee niet laten rusten, en toen hij in december 2012 een onderzoeksbeurs kreeg van de Knut and Alice Wallenberg Foundation om vrij te gebruiken, dit was een van de risicovolle projecten waarin hij koos om in te investeren.

"We noemden het onderzoek toen halsbrekend onderzoek, en hier is een resultaat. Onze demonstratie bewijst dat echt toonaangevend onderzoek doorgaans lang duurt en veel geduld vereist. Simone Fabiano heeft hier geweldig werk verricht, en weigerde op te geven wanneer anderen twijfelden, ', zegt Magnus Berggren.

Na vele jaren van hardnekkige experimenten, Simone Fabiano en zijn collega's van het Laboratorium voor Organische Elektronica zijn erin geslaagd om een ​​dunne laag ferro-elektrisch materiaal op één elektrode aan te brengen in organische elektrochemische apparaten en circuits.

"De dikte van de laag bepaalt de spanning waarbij het circuit schakelt of het display van kleur verandert. Transistors zijn niet langer nodig in de displays:we kunnen ze pixel voor pixel aansturen door een dunne ferro-elektrische laag op de elektrode, ' zegt Simone Fabiano.

De LOE-onderzoeksgroep laat in het artikel zien dat "ferro-elektrochemie", de combinatie van ferro-elektriciteit en elektrochemie, kan worden gebruikt in displays op het gebied van gedrukte elektronica en in organische transistors. De wetenschappers stellen zich voor, echter, vele andere toepassingsgebieden.

"Ferro-elektrochemische componenten kunnen eenvoudig worden geïntegreerd in geheugenmatrices en in bio-elektronische toepassingen, om maar een paar voorbeelden te geven, ' zegt Simone Fabiano.

De technologie wordt nu beschermd door patenten.

"Het gebied van ferro-elektrochemie bestaat niet echt, maar we hebben succes geboekt met deze combinatie, ’, besluit Magnus Berggren.