Forskare inom avdelningen för organisk elektronik vid Linköpings universitet har utvecklat världens första komplementära, elektrokemiska logik som kan fungera långa perioder under vatten.

Linköpingsforskarna visade upp tryckt elektronik redan år 2002. Flera av de organiska elektronikkomponenter som man har utvecklat är nu kommersiellt tillgängliga – komponenter som lysdioder och elektrokemiska displayer.
Hittills är dessa komponenter byggda i PEDOT:PPS som är ett material av p-typ, vilket innebär att laddningsbärarna består av hål. För att konstruera komplementär elektronik behövs det dock komponenter av n-typ, där laddningsbärarna består av elektroner.

Det har det varit svårt att få fram stabila polymerer som kan fungera i vatten och som har långa polymera kedjor som klarar hög ström när materialet är dopat. Ett exempel på ett sådant material är polymeren BBL, benzimidazobenzophenanthroline.

Simone Fabiano, som leder gruppen för organisk elektronik, har tillsammans med forskarna Hengda Sun, Mikhail Vagin, Suhao Wang, Xavier Crispin, Robert Forchheimer och Magnus Berggren publicerat sitt projekt i artikeln ”Complementary logic circuits based on high-performance n-type organic electrochemical transistor” i den prestigefulla tidskriften Advanced Materials 2017.

Tar mindre plats
Jämfört med kretsar som enbart har transistorer av p-typ tar komplementära kretsar mycket mindre plats:

– Resistorer behövs i logiska kretsar som uteslutande bygger på elektrokemiska transistorer av p-typ. Resistorer är ganska skrymmande. Med ett n-typmaterial i vår verktygslåda kan vi producera komplementära kretsar som är mera yteffektiva eftersom resistorer inte längre krävs i de logiska kretsarna, säger Magnus Berggren, professor i organisk elektronik och chef för laboratoriet för organisk elektronik.

Hengda Sun, post doc, har funnit en metod för att åstadkomma tjocka filmer av materialet. Ju tjockare filmerna är desto bättre är ledningsförmågan.

– Vi har sprutat filmbeläggningar med upp till 200 nm tjocklek. Dessa kan uppnå extremt hög konduktivitet, säger Simone Fabiano.

Metoden kan med framgång användas tillsammans med tryckt elektronik över stora ytor.

Tål vatten och syre
Hengda Sun har även visat att kretsarna under långa perioder fungerar såväl i närvaro av syre och vatten.

– Nu kan vi konstruera komplementär logik för att skapa inverterare, sensorer och andra komponenter som fungerar i fuktig miljö, säger Simone Fabiano.

Filed under: SvenskTeknik