新方法比较了有机材料有关生物电子、能量存储方面的性能

在过去的五年里，西北大学的乔纳森•里维奈（Jonathan Rivnay）注意到了新型有机混合导体的井喷式发展——这种混合导体是一种可以传输电子和离子的高分子材料。碳基材料比无机材料更轻质、更柔韧、更容易加工，在医疗设备和能源存储等领域内都显示出广泛的前景。但随着生产力的提高和创新，可能会出现一个不可预见的问题。
西北麦考密克工程学院生物医学工程系助理教授Rivnay说：“把新材料用在设备上，并记录其性能可能是一项具有挑战性又耗时的工作。但更具挑战性的是正确比较这些新材料的性能，因为目前还没有一个确定的基准方法。”
现在，Rivnay和他的团队已经填补了这项空白。为了帮助研究人员针对特定的应用找出佳的有机混合导体，Rivnay和他的团队开发了一个新的方法来测试和比较它们的性能。这种方法不仅可以比较现有的材料，还可以用来指导新型有机材料的设计。
这项研究发表在《自然通讯》上。Rivnay是该论文的通讯作者。阿卜杜拉国王科技大学生物科学系助理教授Sahika Inal是该论文的作者。
有机导体是可以导电的柔性材料。它们的廉价，轻质，柔性的特点，在太阳能电池，印刷电子电路和有机发光二极管方面表现出很大的应用前景。近，它们与离子和生物分子密切相互作用的能力已引起人们对生物集成电子学，如可监测或调节人体内信号的植入式医疗设备的极大兴趣。
然而，单一的材料不能将所有这些应用变为现实。每种应用都需要具有一定特征的材料。例如，传感器可能需要具有极高灵敏度的材料，而一种新型电池可能需要更稳定的材料或具有更高电容的材料。
Rivnay说：“材料设计工作加速了具有特定功能和性能的新材料的开发。但是我们缺乏基于材料的优点来衡量和指导材料的设计和开发。”
为了解决这个问题，Rivnay和他的团队研究了有机电化学晶体管，在这种晶体管中，离子在有机导体和电解质之间流动，以开闭流过器件的电流。在过去的20年中，研究人员通常在这些器件中使用了一组有限的导电聚合物。Rivnay将这些聚合物换成了10种新开发的有机混合导体。
在用10种不同的有机混合导体制成电化学晶体管之后，Rivnay和他的团队测量了每个晶体管的工作情况，比较了各个器件如何传输离子并存储电子电荷的难易程度等参数。通过评估每种材料制成晶体管后的性能，Rivnay轻松地评估了它们的优劣。
Rivnay说：“我们使用有机电化学晶体管作为了解新型有机混合导体的工具， “这个工具不仅让我们看到哪种材料更好，它也告诉了我们为什么一种材料比另一种材料更好。”
尽管Rivnay用10种新材料进行了实验，但该方法可用于任何数量的新开发的有机导体。接下来，他计划在他所测试的材料中进一步探索具有优性能的一种。
Rivnay说：“我们正在研究更有前景的材料，并试图回答更多的问题，例如如何使它们更加稳定或灵敏。我们的工作使我们能够更理性地考虑这些材料，因为我们的目标在于将其作为诸如生物传感方面的应用。”
原文来自：sciencedaily，原文题目：New method benchmarks organic mixed conductors；由材料科技在线团队翻译整理。

2017-11-30 14:27