Одним из наиболее часто используемых материалов в органической электронике является проводящий полимер PEDOT: PSS, и были опубликованы десятки тысяч научных статей, посвященных этому материалу и его свойствам. Одним из основных преимуществ PEDOT: PSS является то, что он проводит как ионы, так и электроны, но модель, объясняющая, как это работает, до сих пор не была доступна. Мы знаем, что у материала есть несколько полезных свойств, но не знаем почему.
Клас Тайбрандт, главный исследователь группы Soft Electronics в Лаборатории органической электроники, Campus Norrkoping, разработал теоретическую модель взаимодействия между ионами и электронами, которая объясняет, как перенос ионов и перенос электронов связаны между собой. Модель опубликована в журнале Science Advances.
"Классические электрохимические модели в основном использовались в прошлом для этого типа систем, и это привело к определенной степени путаницы, поскольку модели не учитывают свойства полупроводников.
Мы использовали чисто физическое описание, которое разъясняет концепции », — говорит Клас Тибрандт.
Материал представляет собой смесь полупроводникового полимера и полимера, который проводит ионы. Две фазы смешаны до нанометрового масштаба, и даже тонкая пленка содержит огромное количество интерфейсов. На поверхности контакта между электронной и ионной фазами образуется так называемый «двойной электрический слой», что означает, что здесь возникает разделение зарядов между ионами и электронами.
«Мы объединили физику полупроводников с теорией электролитов и двойных электрических слоев, и мы смогли описать свойства материала на теоретической основе. У нас также есть экспериментальные результаты, показывающие, что модель согласуется с лабораторными измерениями », — говорит Клас Тибрандт.
ПЕДОТ: PSS — один из нескольких полимерных материалов, которые действуют одинаково. Более глубокое понимание материала и его уникальных свойств — большой шаг вперед для исследователей в нескольких областях органической электроники.
Одной из таких областей является печатная электроника, где теперь можно рассчитывать и оптимизировать производительность электрохромных дисплеев и транзисторов.
Еще одна область, которая выигрывает от новой модели, — это биоэлектроника. Здесь особенно интересны материалы, которые проводят как ионы, так и электроны, поскольку они могут соединять ионопроводящие системы тела с электронными цепями, например, в датчиках.
«Теперь, когда мы понимаем, как работают эти материалы, мы можем оптимизировать приложения совершенно по-новому, — говорит Клас Тибрандт.
Третья область — хранение энергии в бумаге, область, в которой исследователи LiU являются мировыми лидерами.
«Понимание сложности этих полимеров позволяет нам разрабатывать и оптимизировать технологию. Это будет одна из площадок для недавно открытого Валленбергского центра науки о древесине », — говорит Клас Тибрандт.
Основное финансирование проекта было предоставлено Шведским исследовательским советом и инициативой правительства Швеции по стратегическим исследованиям передовых функциональных материалов в Университете Линчёпинга.
В журнале Science Advances опубликована статья «Химическая потенциальная-электрическая двухслойная связь в смесях сопряженных полимеров и полиэлектролитов», написанная Класом Тибрандтом, Игорем Зозуленко и Магнусом Берггреном из Лаборатории органической электроники Университета Линчепинга.