Design of Durable Conducting Polymer Architectures for High Performance Wearable and Bioelectronic Applications

Conception d'architectures polymères conductrices durables pour des applications portables et bioélectroniques à haute performance L'électronique portable de nouvelle génération est imaginée pour fusionner avec notre corps, s'intégrant parfaitement à notre anatomie et à notre mode de vie pour étendre nos capacités actuelles et l'accès à l'information. Les matériaux polymères conducteurs se sont révélés être une technologie prometteuse pour la conception et le développement de dispositifs portables et bioélectroniques avancés en raison de leurs propriétés uniques qui permettent un traitement de solution facile et peu coûteux, une conduction mixte électronique/ionique et des propriétés mécaniques et optoélectroniques accordables. Cependant, ces matériaux échouent souvent dans la pratique en raison d'une faible durabilité dans des environnements humides ou aqueux et sont souvent sensibles aux abrasions mécaniques, ce qui limite considérablement les applications et la durée de vie. Ici, je discute des méthodes pour prolonger la durabilité du polymère conducteur PEDOT:PSS disponible dans le commerce. Nous démontrons une percée conceptuelle dans l'auto-assemblage électrostatique (ESA) de PEDOT: PSS dans lequel la conformation et l'ordre du polymère sont manipulés dans la phase de solution par l'ajout d'un additif ionique. La formation et l'organisation améliorées des fibrilles affectent la morphologie et la cristallinité des couches minces, ce qui conduit à une forme stable à l'eau de PEDOT:PSS. Les couches minces sont capables de maintenir des voies de percolation efficaces en présence d'eau, idéales pour les transistors électrochimiques organiques (OECT). Les films PEDOT:PSS traités par l'ESA présentent une mobilité de porteur supérieure, une capacité volumétrique élevée et atteignent un facteur de mérite OECT de pointe (µC * = 752,5 F/cmVs) dans des milieux aqueux avec un traitement facile, ce qui le rend approprié pour applications bioélectroniques. Nous avons en outre fonctionnalisé PEDOT:PSS avec un réseau de vitrimères secondaires pour créer une électronique organique durable et flexible à haute conductivité électrique (> 100 S/cm) capable d'auto-guérison. Le matériau à double réseau conçu est capable d'un échange covalent dynamique à des températures élevées et sans avoir besoin de catalyseurs en raison du réseau de vitrimères d'uréthane vinylogous. La reconfigurabilité de la forme, le soudage des matériaux et l'auto-guérison élargissent les applications disponibles du matériau et la durée de vie. De plus, le système est stable à l'eau et maintient une conductivité électrique constante en cas de distorsion de forme et après un réarrangement covalent dynamique, idéal pour les électrodes portables souples et robustes. Ces stratégies permettent à PEDOT:PSS de surmonter les instabilités courantes, en particulier les défaillances eau/humidité et les dommages mécaniques, pour concevoir une forme robuste et durable de PEDOT:PSS avec le potentiel d'améliorer le domaine de l'électronique organique.