Ion rectification based on gel polymer electrolyte ionic diode

材料科学 离子键合 整改 二极管 离子 电解质 光电子学 纳米技术 化学 电极 电压 电气工程 有机化学 工程类 物理化学
作者
Fan Jiang,Wei Church Poh,Juntong Chen,Dace Gao,Feng Jiang,Xiaoyu Guo,Jian Chen,Pooi See Lee
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:21
标识
DOI:10.1038/s41467-022-34429-9
摘要

Biological ion channels rely on ions as charge carriers and unidirectional ion flow to produce and transmit signals. To realize artificial biological inspired circuitry and seamless human-machine communication, ion-transport-based rectification devices should be developed. In this research, poly(methyl methacrylate) (PMMA) and poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (PVDF-HFP) gel polymer electrolytes (GPEs) are assembled to construct a novel ionic diode, enabling ion rectification through ion-diffusion/migration that emulates biological systems. This ion rectification results from the different diffusion/migration behaviors of mobile ions transporting in the GPE heterojunction. The electrical tests of the GPE heterojunction reveal outstanding rectifying ratio of 23.11. The GPE ionic diode operates in wide temperature window, from -20 °C (anti-freezing) to 125 °C (thermal tolerance). The absence of redox reactions is verified in the cyclic voltammogram. The GPE ionic diodes are used to construct ionic logic gates for signal communication. Furthermore, rectification of a triboelectric nanogenerator and potential for synaptic devices are demonstrated.
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