Il ricercatore LiU Klas Tybrandt ha sviluppato un modello teorico che spiega l'accoppiamento tra ioni ed elettroni nel polimero conduttore ampiamente utilizzato PEDOT:PSS. Il modello potrebbe avere applicazioni nell'elettronica stampata, accumulo di energia in carta, e bioelettronica.

Uno dei materiali più comunemente usati nell'elettronica organica è il polimero conduttore PEDOT:PSS, oggetto di decine di migliaia di articoli scientifici. Uno dei principali vantaggi di PEDOT:PSS è che conduce sia ioni che elettroni, ma ai ricercatori mancava un modello che spiegasse come funziona.

Klas Tybrandt, ricercatore principale nel gruppo di Soft Electronics presso il Laboratorio di Elettronica Organica, Campus Norrköping, ha sviluppato un tale modello teorico per l'interazione tra ioni ed elettroni che spiega come sono correlati il ​​trasporto di ioni e il trasporto di elettroni. Il modello è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista Progressi scientifici .

"In passato per questo tipo di impianti sono stati utilizzati principalmente modelli elettrochimici classici, e questo ha portato ad un certo grado di confusione, poiché i modelli non includono le proprietà dei semiconduttori. Abbiamo utilizzato una descrizione puramente fisica che chiarisce i concetti, "dice Klas Tybrandt.

Il materiale è una miscela di un polimero semiconduttore e un polimero che conduce ioni. Le due fasi sono mescolate fino alla scala nanometrica, e anche un film sottile contiene un numero enorme di interfacce. Sulla superficie di contatto tra la fase elettronica e quella ionica, ciò che è noto come un "doppio strato elettrico" si forma, il che significa che qui si forma una separazione di carica tra ioni ed elettroni.

"Abbiamo combinato la fisica dei semiconduttori con una teoria per elettroliti e doppi strati elettrici, e siamo stati in grado di descrivere le proprietà del materiale su base teorica. Abbiamo anche risultati sperimentali che mostrano che il modello concorda con le misurazioni di laboratorio, "dice Klas Tybrandt.

PEDOT:PSS è uno dei tanti materiali polimerici che agiscono allo stesso modo. Una maggiore comprensione del materiale e delle sue proprietà uniche è un importante passo avanti per i ricercatori in diverse aree dell'elettronica organica. Una di queste aree è l'elettronica stampata, dove è ora possibile calcolare e ottimizzare le prestazioni di display e transistor elettrocromici.

Un'altra area che beneficia del nuovo modello è la bioelettronica. Qui, particolarmente interessanti sono i materiali che conducono sia ioni che elettroni, poiché possono accoppiare i sistemi conduttori di ioni del corpo con i circuiti elettronici in, Per esempio, sensori. "Possiamo ottimizzare le applicazioni in un modo completamente nuovo, ora che abbiamo capito come funzionano questi materiali, "dice Klas Tybrandt.

Una terza area è lo stoccaggio di energia nella carta, un campo in cui i ricercatori LiU sono leader mondiali. "Comprendere la complessità di questi polimeri ci consente di sviluppare e ottimizzare la tecnologia. Questa sarà una delle aree per il Wallenberg Wood Science Center di recente apertura, "dice Klas Tybrandt.