In de afgelopen vijf jaar is Jonathan Rivnay van de Northwestern University heeft een sterke stijging opgemerkt in de ontwikkeling van nieuwe organische gemengde geleiders - polymeermaterialen die zowel elektronen als ionen kunnen transporteren. Aansteker, flexibeler, en gemakkelijker te verwerken dan hun anorganische tegenhangers, de op koolstof gebaseerde materialen zijn veelbelovend in een breed scala aan toepassingen, variërend van medische apparatuur tot energieopslag. Maar met verhoogde productiviteit en innovatie komt er een misschien onvoorzien probleem.

"Het kan een uitdaging en tijdrovend zijn om nieuwe materialen te nemen, zet ze op een apparaat, en hun prestaties opnemen, " zei Rivnay, assistent-professor biomedische technologie aan de McCormick School of Engineering van Northwestern. "Maar nog uitdagender is om de prestaties van deze nieuwe materialen goed met elkaar te vergelijken, omdat er geen gevestigde benchmarkmethode is geweest."

Nu hebben Rivnay en zijn team deze leegte opgevuld. Om onderzoekers te helpen de beste organische gemengde geleiders voor specifieke toepassingen te vinden, Rivnay en zijn team hebben een nieuw raamwerk ontwikkeld om hun prestaties te benchmarken en te vergelijken. Deze methode maakt niet alleen de vergelijking van bestaande materialen mogelijk, het kan ook worden gebruikt om het ontwerp van nieuwe organische materialen te informeren.

Het onderzoek is vrijdag online gepubliceerd, 24 november in Natuurcommunicatie . Rivnay is de corresponderende auteur van de krant. Sahika Inal, assistent-professor biowetenschappen aan de King Abdullah University of Science and Technology, diende als de eerste auteur van het papier.

Organische geleiders zijn zachte materialen die elektriciteit geleiden. Ze tonen belofte in goedkope, lichtgewicht, flexibele technologieën, inclusief zonnecellen, afdrukbare elektronische kringen, en organische lichtemitterende diodes. Recenter, hun vermogen om nauw te interageren met ionen en biomoleculen heeft geleid tot aanzienlijke interesse in bio-geïntegreerde elektronica, zoals implanteerbare medische apparaten die signalen in het menselijk lichaam kunnen bewaken of reguleren.

Een enkel materiaal, echter, niet al deze toepassingen tot werkelijkheid kunnen brengen. Elke toepassing vraagt ​​om een ​​materiaal met bepaalde vaste eigenschappen. een voeler, bijvoorbeeld, kan een materiaal nodig hebben met extreme gevoeligheid, terwijl een nieuwe klasse batterijen misschien een materiaal nodig heeft dat stabieler is of een hogere capaciteit heeft om een ​​elektronische lading vast te houden.

"Inspanningen op het gebied van materiaalontwerp hebben de ontwikkeling van nieuwe materialen met specifieke functionaliteiten en prestaties versneld, "Zei Rivnay. "Maar we missen een op materialen gebaseerd cijfer van verdienste om het ontwerp en de ontwikkeling van materialen te benchmarken en te begeleiden."

Om dit probleem op te lossen, Rivnay en zijn team keken naar de organische elektrochemische transistor, een type transistor waarin ionen stromen tussen een organische geleider en een elektrolyt om de elektrische stroom die door het apparaat vloeit in of uit te schakelen. De afgelopen 20 jaar, onderzoekers hebben meestal een beperkte set geleidende polymeren in deze apparaten gebruikt. Rivnay verruilde die polymeren voor 10 nieuw ontwikkelde organische gemengde geleiders.

Na het bouwen van elektrochemische transistoren van 10 verschillende organische gemengde geleiders, Rivnay en zijn team hebben gemeten hoe goed elke transistor presteerde, het vergelijken van parameters zoals hoe gemakkelijk elk apparaat ionen vervoerde en een elektronische lading opsloeg. Door de prestaties van elk materiaal als transistor te evalueren, Rivnay beoordeelde vervolgens gemakkelijk hun sterke en zwakke punten.

"We gebruikten organische elektrochemische transistoren als een hulpmiddel om nieuwe organische gemengde geleiders te begrijpen, " Rivnay zei. "Met deze tool kunnen we niet alleen zien of het ene materiaal beter is dan het andere, het vertelt ons ook waarom."

Hoewel Rivnay zijn experimenten uitvoerde met een set van 10 nieuwe materialen, de methode zou kunnen worden gebruikt voor een willekeurig aantal nieuw ontwikkelde organische geleiders. Volgende, hij is van plan de eigenschappen van de best presterende materialen verder te onderzoeken onder de materialen die hij heeft getest.

"We kijken naar de meer veelbelovende materialen en proberen meer vragen te beantwoorden, zoals hoe u ze stabieler of gevoeliger kunt maken, " Rivnay zei. "Ons werk stelt ons in staat om rationeler over deze materialen na te denken, aangezien we ze richten op toepassingen zoals biosensing."