JP7039436B2 - 電気化学時計と発振器デバイス - Google Patents
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Description
図1は、有機電気化学トランジスタ(OECT)の概略図を示す。OECT100は、ゲート電極102と、通常は半導体膜(例えば、共役ポリマー膜)を含めることができるチャネル104と、ソース電極106と、ドレイン電極108と、電解質110とを含むことができる。ソース電極106及びドレイン電極108は、チャネル104への電気接触を確立することができる一方、ゲート電極102は、電解質110への電気接触を確立する。電解質110は、液体、ゲル、または固体であり得る。図1に示されているような最も一般的なバイアス印加構成では、ソース電極106が接地され、ドレインに電圧(ドレイン電圧VD)が印加されている。これにより、チャネル104に存在する電子電荷(普通は正孔)により、電流が流れるようにできる(ドレイン電流)。ゲートに電圧が印加されると(ゲート電圧VG)、電解質からのイオンがチャネルに注入され、電子電荷密度、引いてはドレイン電流を変化させる。ゲート電圧が取り除かれ、ゲートがソースに短絡されると、注入されたイオンは、電解質に戻り、ドレイン電流は、元の値に戻る。
様々な金属(例えば、Ni、Cu、Ag、ステンレス鋼など)の電解研磨の間、電解質浴中の電位の時間的変化が観察されている。電極上の表面膜の定期的または疑似定期的な形成及び溶解が、このような現象の原因であり得る。同様に、電気化学系において、複数の電気化学的電位反応経路が可能である場合、最も低い活性化障壁を有する反応経路が進行することが実証されている。さらに、電気化学的反応が結合されている(例えば、1つの反応の発生が、他の反応に対する活性化障壁を変化させる)場合、反応経路が、複数の使用可能な経路の間で交互になる系を確立することが可能であり、電気化学的電位における発振または時間的変化につながる。例えば、白金(Pt)上の蟻酸(FA)の電気化学的酸化用の反応機構は、直接路中間体(例えば、吸着された蟻酸塩)と、強吸着された中間体、すなわち吸着されたCOを伴う間接路とを含む、二重路機構と考えられ得る。
Claims (18)
- 発振器であって、前記発振器は
チャネル及びダイナミックゲートを備える、有機電気化学トランジスタを備え、
前記ダイナミックゲートが、少なくとも2つの交差結合反応経路を備える電気化学反応系を備え、
前記チャネルが、導電性ポリマー、導電性無機材料、及び小分子材料のうちの1つを含み、
前記ダイナミックゲートの電気化学的電位が、定期的に変化し、それにより、前記有機電気化学トランジスタが定期的に変化するドレイン電流を有するようになる、発振器。 - 前記導電性ポリマーが、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)ポリスチレンスルホネート(PEDOT:PSS)を含む、請求項1に記載の発振器。
- 前記少なくとも2つの反応経路が、蟻酸酸化の直接経路と、前記蟻酸酸化の間接経路とを含む、請求項1に記載の発振器。
- 前記ダイナミックゲートが、ゲート電極、ゲート電解質、及び対向電極を備え、前記ゲート電極が、前記ゲート電解質を介して前記対向電極に結合されている、請求項1に記載の発振器。
- 前記ダイナミックゲートが、前記ゲート電極と前記対向電極との間に定電流をもたらすように構成された電流源をさらに備える、請求項4に記載の発振器。
- 前記定電流が、10nA~1mAである、請求項5に記載の発振器。
- 前記ダイナミックゲートが、前記ゲート電極と前記対向電極との間に定電圧バイアスをもたらすように構成された電圧源をさらに備える、請求項4に記載の発振器。
- 前記定電圧が、100mV~10Vである、請求項7に記載の発振器。
- 前記チャネルと前記ダイナミックゲートとの間に位置付けられたチャネル電解質をさらに備える、請求項4に記載の発振器。
- 前記ゲート電解質と前記チャネル電解質とを分離する膜をさらに備える、請求項9に記載の発振器。
- 前記膜が、
多孔質ガラスフリット、
イオン選択性膜、
イオン伝導性ガラス、
ポリマー膜、及び
イオン伝導性膜、のうちの1つ以上を含む、請求項10に記載の発振器。 - 前記ゲート電解質または前記チャネル電解質が、
水、
有機溶媒、
イオン性液体、及び
ポリマー電解質、のうちの1つ以上を含む、請求項9に記載の発振器。 - 前記ゲート電解質または前記チャネル電解質が、溶存有機種または溶存無機種を含む、請求項12に記載の発振器。
- 前記有機電気化学トランジスタの前記ドレイン電流が、10μHz~100Hzの周波数で時間とともに変化する、請求項1に記載の発振器。
- 有機電気化学トランジスタを備える発振器を製造するための方法であって、前記方法が、
チャネルを形成することであって、前記チャネルが、導電性ポリマー、導電性無機材料、及び小分子材料のうちの1つを含む、形成することと、
前記ポリマーをベースにしたチャネルに結合されたダイナミックゲートを形成することとであって、前記ダイナミックゲートが、少なくとも2つの交差結合反応経路を備える電気化学反応系を備えることと、を含み、
前記ダイナミックゲートの電気化学的電位が、定期的に変化し、それにより、前記有機電気化学トランジスタが、定期的に変化するドレイン電流を有するようになる、方法。 - 前記少なくとも2つの反応経路が、蟻酸酸化の直接経路と、前記蟻酸酸化の間接経路とを含む、請求項15に記載の方法。
- 有機電気化学トランジスタであって、
チャネルであって、導電性ポリマー、導電性無機材料、及び小分子材料のうちの1つを含む、チャネルと、
チャネル電解質を介して前記ポリマーをベースにしたチャネルに結合されたダイナミックゲートと、を備え、
前記ダイナミックゲートが、ゲート電極、及びゲート電解質によって前記ゲート電極から分離された対向電極を備え、前記ダイナミックゲートの電気化学的電位が、時変であり、それにより、前記有機電気化学トランジスタが、時変であるドレイン電流を有するようになる、有機電気化学トランジスタ。 - 前記ゲート電解質が蟻酸を含む、請求項17に記載の有機電気化学トランジスタ。
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