Wetenschap
Een team van KAUST heeft gekozen voor een eenvoudige techniek met het ammoniumzout tetra-n-butylammoniumfluoride als n-doteringsstof en het geconjugeerde polymeer P-90 als gemengde geleider. Krediet:KAUST; Heno Hwang
Doping wordt vaak gebruikt om de prestaties in halfgeleidende apparaten te verbeteren, maar was niet eerder succesvol voor elektronentransport of n-type, organische elektronische materialen. Nutsvoorzieningen, een door KAUST ontwikkelde aanpak maakt gebruik van een doteringsmiddel, een additief dat de elektronische prestaties en waterstabiliteit van een n-type halfgeleidend polymeer verhoogt, om de eerste waterstabiele n-gedoteerde te produceren, organische elektrochemische transistoren, bekend als OECT's.
Organische elektrochemische transistoren bestaan uit kunststof-gemengde geleiders - actieve halfgeleiderlagen die tegelijkertijd ionische en elektronische ladingen geleiden. Met deze gemengde geleiders kunnen OECT's ionische signalen in elektrolyten en biologische vloeistoffen omzetten in elektronische signalen. Echter, de prestaties van organische halfgeleiders van het n-type blijven achter bij die van hun tegenhangers die gaten transporteren in omgevingen die worden bepaald door biologische systemen, wat een groot obstakel is voor de ontwikkeling van logische circuits en transistorarrays.
Huidige methoden voor het verbeteren van de elektronische eigenschappen van OECT's omvatten het synthetiseren van nieuwe met kunststof gemengde geleiders. Een KAUST-team heeft gekozen voor een eenvoudige techniek met behulp van het ammoniumzout tetra-n-butylammoniumfluoride als n-doteringsstof en het geconjugeerde polymeer P-90, die naftaleen- en thiofeeneenheden bevat, als gemengd dirigent. Het team loste het doteringsmiddel en de halfgeleider op in twee afzonderlijke oplossingen en combineerde ze vervolgens. "Deze techniek kan in elk laboratorium worden gebruikt zonder een chemicus of specialist te zijn, " zegt voormalig KAUST-postdoc Alexandra Paterson, die de studie leidde onder het mentorschap van Sahika Inal.
De onderzoekers ontdekten dat effectieve n-doping afhangt van de scheiding van het ammoniumkation van het fluoride-anion. Het zout draagt het fluoride-anion over aan het polymeer om een gefluoreerde P-90-radicaal en een P-90-anionradicaal te genereren. De resulterende gedelokaliseerde en ongepaarde elektronen verbeteren de elektrochemische doping in de OECT's.
KAUST-onderzoekers hebben de eerste waterstabiele, n-gedoteerde OECT, de weg vrijmaakt voor commercieel levensvatbare bio-elektronica. Krediet:Tania Hidalgo
Het zout fungeerde ook als een morfologieadditief door de oppervlaktetextuur te verminderen en glad te maken, waardoor zich aggregaten vormen op de polymeerfilm, wat het transport van lading in de film vergemakkelijkt.
"De dubbele rol van het zout heeft invloed op zowel elektronische als ionische aspecten van gemengde geleiding, ', legt Paterson uit.
De onderzoekers testten de operationele stabiliteit van de OECT's in lucht en water, evenals hun houdbaarheid bij opslag in biologische media. "De OECT's en n-dopingmechanismen zijn extreem stabiel, ", zegt Paterson. Dit is een grote prestatie, want hoewel de onderzochte polymeren zijn ontworpen om stabiel te zijn, n-type doteermiddelen zijn meestal onstabiel onder elektrochemische bedrijfsomstandigheden, vooral in lucht en waterige oplossingen.
Het team werkt nu aan het benutten van de lange houdbaarheid en operationele stabiliteit van deze n-gedoteerde OECT's voor bio-elektronische toepassingen, zoals glucosesensoren en enzymatische brandstofcellen. Ze evalueren ook mogelijke toepassingen voor het bewaken van ionkanaalactiviteit in cellen en het bouwen van kationsensoren op microschaal van de volgende generatie.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com