High‐Performance n‐Type Organic Electrochemical Transistors Enabled by Aqueous Solution Processing of Amphiphilicity‐Driven Polymer Assembly

材料科学 水溶液 侧链 电化学 乙二醇 聚合物 纳米技术 两亲性 溶解度 化学工程 高分子化学 有机化学 化学 电极 共聚物 复合材料 物理化学 工程类
作者
Da-Hyun Jeong,Il‐Young Jo,Seungjin Lee,Ji Hwan Kim,Young-Seok Kim,Donguk Kim,John R. Reynolds,Myung‐Han Yoon,Bumjoon J. Kim
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (16) 被引量:68
标识
DOI:10.1002/adfm.202111950
摘要

Abstract Despite the growing attention on organic electrochemical transistors (OECTs), most research has focused on the design of p‐type active materials, and the number of high‐performance n‐type materials is limited. Herein, a series of naphthalene diimide‐based polymers incorporated with asymmetrically branched oligo(ethylene glycol) (OEG) side chains are developed to enable green‐solvent‐processed, high‐performance n‐type OECTs. The branched OEG side chains afford sufficient solubility in eco‐friendly ethanol/water solvent mixtures. Importantly, taking advantage of the amphiphilic nature of OEG‐based polymers, ethanol/water solvents selectively solvate hydrophilic OEG side chains, while producing assembled π−π stacks of hydrophobic backbones. This enables highly ordered polymer packing with a preferential edge‐on orientation, and thus excellent lateral charge transport. In particular, the fine‐tuned OEG side chains of P(NDIMTEG‐T) provide compact backbone packing, effective polaron generation, and superior electrochemical stability with optimized swelling capability. The resultant n‐type OECT shows the best electrical/electrochemical performance in the family, represented by a high transconductance ( g m ) of 0.38 S cm −1 and a large figure‐of‐merit (µ C *) of 0.56 F V −1 cm −1 s −1 . This study demonstrates the use of aqueous processing in OECTs, for the first time, and suggests important guidelines for the design of n‐type organic mixed ionic‐electronic conductors with excellent OECT characteristics.

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