Forskare vid Laboratory of Organic Electronics, Linköpings universitet, har utvecklat världens första komplementära elektrokemiska logikkretsar som kan fungera stabilt under långa perioder i vatten. Detta är ett mycket betydelsefullt genombrott i utvecklingen av bioelektronik.

De första utskrivbara organiska elektrokemiska transistorerna presenterades av forskare vid LiU redan 2002, och forskningen sedan dess har utvecklats snabbt. Flera organiska elektroniska komponenter, såsom lysdioder och elektrokroma displayer, finns redan kommersiellt tillgängliga.

Det mest använda materialet är PEDOT:PSS, som är ett material av p-typ där laddningsbärarna är hål. För att konstruera effektiva elektronkomponenter, ett kompletterande material, n-typ, krävs, där laddningsbärarna är elektroner. Det har varit svårt att hitta ett tillräckligt stabilt polymermaterial som kan fungera i vattenmedier och där de långa polymerkedjorna kan hålla hög ström när materialet är dopat.

I en artikel i Avancerade material , Simone Fabiano och kollegor har presenterat resultat från ett ledande material av n-typ där polymerryggradens struktur av stegtyp gynnar omgivningens stabilitet och hög ström när den dopas. Ett exempel är BBL, poly(bensimidazobensofenantrolin), ett material som ofta används i solcellsforskning.

Postdoktor Hengda Sun har hittat en metod för att skapa tjocka filmer av materialet. Ju tjockare filmen är, desto större ledningsförmåga. "Vi har använt spraybeläggning för att producera filmer upp till 200 nm tjocka. Dessa kan nå extremt höga konduktiviteter, säger Simone Fabiano.

Metoden kan även framgångsrikt användas tillsammans med tryckt elektronik över stora ytor, och Hengda Sun har också visat att kretsarna fungerar under långa perioder, både i närvaro av syre och vatten.

"Detta kan vid första anblicken tyckas vara ett litet framsteg inom ett specialiserat område, men det som är bra med det är att det har stora konsekvenser för många applikationer. Vi kan nu konstruera komplementära logiska kretsar - växelriktare, sensorer och andra komponenter – som fungerar i fuktiga omgivningar, säger Simone Fabiano.

"Resistorer behövs i logiska kretsar som enbart är baserade på elektrokemiska transistorer av p-typ. Dessa är ganska skrymmande, och detta begränsar de applikationer som kan uppnås. Med ett material av n-typ i vår verktygslåda, vi kan producera komplementära kretsar som upptar det tillgängliga utrymmet mycket mer effektivt, eftersom motstånd inte längre behövs i de logiska kretsarna, säger Magnus Berggren, professor i organisk elektronik och chef för Laboratoriet för organisk elektronik.

Tillämpningar av de organiska komponenterna inkluderar logiska kretsar som kan skrivas ut på textil eller papper, olika typer av billiga sensorer, icke-styva och flexibla displayer, och – inte minst – det enorma området bioelektronik. Polymerer som leder både joner och elektroner är den brygga som behövs mellan de jonledande systemen i kroppen och de elektroniska komponenterna i sensorer, till exempel.