Negli ultimi cinque anni, Jonathan Rivnay della Northwestern University ha notato un'impennata nello sviluppo di nuovi conduttori organici misti, materiali polimerici in grado di trasportare sia elettroni che ioni. Accendino, più flessibile, e più facili da elaborare rispetto alle loro controparti inorganiche, i materiali a base di carbonio sono promettenti in un ampio assortimento di applicazioni, che vanno dai dispositivi medici all'accumulo di energia. Ma con l'aumento della produttività e dell'innovazione arriva un problema forse imprevisto.

"Può essere impegnativo e richiedere molto tempo prendere nuovi materiali, metterli su un dispositivo, e registrare le loro prestazioni, " disse Rivnay, assistente professore di ingegneria biomedica presso la McCormick School of Engineering della Northwestern. "Ma ancora più difficile è confrontare correttamente le prestazioni di questi nuovi materiali tra loro perché non è stato stabilito un metodo di benchmarking".

Ora Rivnay e il suo team hanno riempito questo vuoto. Per aiutare i ricercatori a individuare i migliori conduttori organici misti per applicazioni specifiche, Rivnay e il suo team hanno sviluppato un nuovo framework per confrontare e confrontare le loro prestazioni. Non solo questo metodo consente il confronto di materiali esistenti, potrebbe anche essere usato per informare la progettazione di nuovi materiali organici.

La ricerca è stata pubblicata online venerdì, 24 novembre a Comunicazioni sulla natura . Rivnay è l'autore corrispondente dell'articolo. Sahika Inal, assistente professore di bioscienze presso la King Abdullah University of Science and Technology, servito come primo autore del documento.

I conduttori organici sono materiali morbidi che conducono elettricità. Mostrano la promessa in poco costoso, leggero, tecnologie flessibili, comprese le celle solari, circuiti elettronici stampabili, e diodi organici a emissione di luce. Più recentemente, la loro capacità di interagire intimamente con ioni e biomolecole ha portato a un interesse significativo per l'elettronica biointegrata, come dispositivi medici impiantabili in grado di monitorare o regolare i segnali all'interno del corpo umano.

Un unico materiale, però, non può portare tutte queste applicazioni alla realtà. Ogni applicazione richiede un materiale con determinate caratteristiche stabilite. Un sensore, Per esempio, potrebbe richiedere un materiale con estrema sensibilità, mentre una nuova classe di batterie potrebbe aver bisogno di un materiale più stabile o con una capacità maggiore per contenere una carica elettronica.

"Gli sforzi di progettazione dei materiali hanno accelerato lo sviluppo di nuovi materiali con funzionalità e prestazioni specifiche, " Rivnay ha detto. "Ma ci manca una figura di merito basata sui materiali per confrontare e guidare la progettazione e lo sviluppo dei materiali".

Risolvere questo problema, Rivnay e il suo team hanno esaminato il transistor elettrochimico organico, un tipo di transistor in cui gli ioni scorrono tra un conduttore organico e un elettrolita per accendere o spegnere la corrente elettrica che scorre attraverso il dispositivo. Negli ultimi 20 anni, i ricercatori in genere hanno utilizzato una serie limitata di polimeri conduttori in questi dispositivi. Rivnay ha sostituito quei polimeri con 10 conduttori organici misti di nuova concezione.

Dopo aver costruito transistor elettrochimici da 10 diversi conduttori organici misti, Rivnay e il suo team hanno misurato le prestazioni di ciascun transistor, confrontando parametri come la facilità con cui ciascun dispositivo trasportava ioni e immagazzinava una carica elettronica. Valutando le prestazioni di ciascun materiale come transistor, Rivnay ha quindi valutato facilmente i loro punti di forza e di debolezza.

"Abbiamo usato transistor elettrochimici organici come strumento per comprendere nuovi conduttori organici misti, " Rivnay ha detto. "Questo strumento non ci consente solo di vedere se un materiale è migliore di un altro, ci dice anche perché."

Sebbene Rivnay abbia eseguito i suoi esperimenti con una serie di 10 nuovi materiali, il metodo potrebbe essere utilizzato per qualsiasi numero di conduttori organici di nuova concezione. Prossimo, ha in programma di esplorare ulteriormente le proprietà dei materiali più performanti tra quelli che ha testato.

"Stiamo esaminando i materiali più promettenti e cercando di rispondere a più domande, come renderli più stabili o sensibili, " Rivnay ha detto. "Il nostro lavoro ci consente di pensare a questi materiali in modo più razionale poiché li utilizziamo per applicazioni come il biosensore".