瑞典林雪平大學(xué)有機(jī)電子實驗室的研究人員研究出世界上首個互補(bǔ)的電化學(xué)邏輯電路，可以在水中長期穩(wěn)定運行。這是生物電子學(xué)發(fā)展的重大突破。
圖 世界上首個互補(bǔ)的電化學(xué)邏輯電路
早在2002年，林雪平大學(xué)的研究人員首先提出了可印刷的有機(jī)電化學(xué)晶體管，其研究進(jìn)展迅速。幾種有機(jī)電子元件，如發(fā)光二極管和電致變色顯示器已經(jīng)在市面出售。
迄今為止使用的主導(dǎo)材料是PEDOT：PSS，是一種電荷載流子是空穴的p型材料。為了構(gòu)建有效的電子組件，需要n型的互補(bǔ)材料，其中載流子是電子。
但是，很難找到足夠穩(wěn)定的聚合物材料可以在水中操作，并且在材料被摻雜時長聚合物鏈可以維持高電流。
在《先進(jìn)材料》雜志的一篇文章中，Simone Fabiano領(lǐng)導(dǎo)的有機(jī)電子學(xué)實驗室研究發(fā)現(xiàn)，n型導(dǎo)電材料經(jīng)摻雜以后，內(nèi)部的階梯式結(jié)構(gòu)聚合物具有環(huán)境穩(wěn)定性和高電流。例如BBL聚合物（苯并咪唑并苯并菲咯啉），一種經(jīng)常用于太陽能電池研究的材料。
研究人員Hengda Sun研究了一種方法制作這種膜材料。膜越厚，電導(dǎo)率越大。
Simone Fabiano說：“我們已經(jīng)使用噴涂技術(shù)研制了厚達(dá)200納米的膜，這些膜可以達(dá)到極高的電導(dǎo)率。”
該方法也可以與大面積的印刷電子器件一起使用。
Hengda Sun還表示，這種材料電路可以長時間在氧氣和水的環(huán)境下工作。
Simone Fabiano說，“這項研究看似乎是在某個專業(yè)領(lǐng)域的小進(jìn)步，但它對許多應(yīng)用領(lǐng)域具有重大意義，如構(gòu)造互補(bǔ)邏輯電路——逆變器、傳感器等源器件，可以讓它們在潮濕環(huán)境下工作。”
有機(jī)電子學(xué)教授兼有機(jī)電子實驗室負(fù)責(zé)人Magnus Berggren說，“邏輯電路中需要的電阻基本上完全基于p型電化學(xué)晶體管。這些器件質(zhì)量過大，限制了可實現(xiàn)的應(yīng)用。隨著我們n型材料的發(fā)展，邏輯電路中不再需要電阻，可以縮小電路體積，節(jié)約互補(bǔ)型邏輯電路的空間。”
有機(jī)元器件的應(yīng)用包括可以在紡織品或紙張上印刷的邏輯電路、各種廉價傳感器、非剛性和柔性顯示器等生物電子學(xué)的巨大領(lǐng)域。能夠傳導(dǎo)離子和電子的聚合物能夠起到橋梁作用，是人體中的離子傳導(dǎo)系統(tǒng)與傳感器等電子源器件之間所需的橋梁。
Hengda Sun, Mikhail Vagin, Suhao Wang, Xavier Crispin, Robert Forchheimer, Magnus Berggren, Simone Fabiano,.Complementary logic circuits based on high-performance n-type organic electrochemical transistor.Advanced Materials, 2017 DOI: 10.1002/adma.201704916R2
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