This research looks over the performance of PEDOT:PSS-based Organic Electrochemical Transistors in aqueous environments. The principal aim is to develop a stable device for long-term operations when in contact with liquid electrolytes. The study's focus is the optimization of the composition of PEDOT:PSS, mainly by varying only the concentration of the crosslinking agent, that is the (3-glycidyloxypropyl)trimethoxysilane (GOPS). So, the goal is to determine an ideal composition that successfully achieves a good balance between stability and conductivity. In order to accomplish this task, several techniques were employed. For example Raman spectroscopy, Atomic Force Microscopy and Profilometry. The characterization of the devices was performed before and after immersion in a sodium phosphate solution in order to have data, which once compared, whould be meaningful to understand if changes in the material happened, which kind of changes occurred and what was their magnitude. Additionally, electrical tests were carried out through output and transfer characteristics, plus transconductance computations derived from them. These measurements were performed at regular times during the duration of the whole month of immersion test in order to monitor the progression of whatever is occurring inside the material and how it is affecting the device final performance. The major foundings of this project highlight the importance of using supportive strategies to promote even further crosslinking's role of strengthener of the material, such as preconditioning cycles and removal of volatiles. Moreover, having a precise and well-planned frabication scheme, fresh chemicals and properly working tools are all things of crucial importance to obtain an efficient and reliable device. Lastly, the study also investigated the effect of the electrolyte on the material physicochemical properties; most of the samples have shown great stability both physically having allowed just very little, if none, swelling and chemically since the material chemical structure remained almost totally unaltered.

Questa ricerca valuta le prestazioni dei Transistor Elettronici Organici a base di PEDOT:PSS in ambienti acquosi. L'obiettivo principale è sviluppare un dispositivo stabile a contatto con elettroliti liquidi, per operazioni a lungo termine. Lo studio si concentra sull'ottimizzazione della composizione del PEDOT:PSS, variandone solo la concentrazione dell'agente di reticolazione, ovvero il (3-glicidilossipropil)trimetossisilano (GOPS). Pertanto, l'obiettivo principale è determinare una composizione ideale che ammetta un buon equilibrio tra stabilità e conducibilità. Per raggiungere l'obiettivo prefissato sono stati impiegati diversi metodi, ad esempio la Spettroscopia Raman, la Microscopia a Forza Atomica e la Profilometria. La caratterizzazione dei dispositivi è stata effettuata a inizio e a fine test di immersione dei campioni in una soluzione di fosfato di sodio. I dati ottenuti, una volta confrontati, forniscono informazioni significative per la verifica di cambiamenti nel materiale, del tipo di cambiamenti che sono avvenuti e la loro entità. Inoltre, sono stati eseguiti test elettrici quali curve di output e di transfer, oltre ai calcoli della transconduttanza da esse derivati. Queste misurazioni sono state eseguite a intervalli regolari durante l'intero mese del test di immersione. Tutto ciò al fine di monitorare in modo progressivo l'evoluzione di qualsiasi fenomeno stesse avvenendo all'interno del materiale e il suo impatto sulle prestazioni finali del dispositivo. I principali risultati di questo progetto evidenziano l'importanza di utilizzare strategie di supporto per promuovere ulteriormente il ruolo fondamentale del reticolante a rinforzare il materiale. Esempi sono i cicli di precondizionamento e la rimozione di componenti volatili in eccesso. Inoltre, avere uno schema di fabbricazione preciso e ben pianificato, reagenti freschi e strumenti che funzionano correttamente sono tutti aspetti di cruciale importanza per ottenere un dispositivo efficiente ed affidabile. Infine, lo studio ha anche valutato l'effetto degradante dell'elettrolita sulle proprietà fisico-chimiche del materiale; la maggior parte dei campioni ha mostrato però grande stabilità sia dal punto di vista fisico, con minime o alcuna consequenza a causa del rigonfiamento, sia sul livello della struttura chimica che è rimasta quasi del tutto invariata.

PEDOT:PSS-based organic electrochemical transistors stability in aqueous environment

MARTIRE, LORENZO
2024/2025

Abstract

This research looks over the performance of PEDOT:PSS-based Organic Electrochemical Transistors in aqueous environments. The principal aim is to develop a stable device for long-term operations when in contact with liquid electrolytes. The study's focus is the optimization of the composition of PEDOT:PSS, mainly by varying only the concentration of the crosslinking agent, that is the (3-glycidyloxypropyl)trimethoxysilane (GOPS). So, the goal is to determine an ideal composition that successfully achieves a good balance between stability and conductivity. In order to accomplish this task, several techniques were employed. For example Raman spectroscopy, Atomic Force Microscopy and Profilometry. The characterization of the devices was performed before and after immersion in a sodium phosphate solution in order to have data, which once compared, whould be meaningful to understand if changes in the material happened, which kind of changes occurred and what was their magnitude. Additionally, electrical tests were carried out through output and transfer characteristics, plus transconductance computations derived from them. These measurements were performed at regular times during the duration of the whole month of immersion test in order to monitor the progression of whatever is occurring inside the material and how it is affecting the device final performance. The major foundings of this project highlight the importance of using supportive strategies to promote even further crosslinking's role of strengthener of the material, such as preconditioning cycles and removal of volatiles. Moreover, having a precise and well-planned frabication scheme, fresh chemicals and properly working tools are all things of crucial importance to obtain an efficient and reliable device. Lastly, the study also investigated the effect of the electrolyte on the material physicochemical properties; most of the samples have shown great stability both physically having allowed just very little, if none, swelling and chemically since the material chemical structure remained almost totally unaltered.
VU, XUAN THANG
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
3-apr-2025
2024/2025
Questa ricerca valuta le prestazioni dei Transistor Elettronici Organici a base di PEDOT:PSS in ambienti acquosi. L'obiettivo principale è sviluppare un dispositivo stabile a contatto con elettroliti liquidi, per operazioni a lungo termine. Lo studio si concentra sull'ottimizzazione della composizione del PEDOT:PSS, variandone solo la concentrazione dell'agente di reticolazione, ovvero il (3-glicidilossipropil)trimetossisilano (GOPS). Pertanto, l'obiettivo principale è determinare una composizione ideale che ammetta un buon equilibrio tra stabilità e conducibilità. Per raggiungere l'obiettivo prefissato sono stati impiegati diversi metodi, ad esempio la Spettroscopia Raman, la Microscopia a Forza Atomica e la Profilometria. La caratterizzazione dei dispositivi è stata effettuata a inizio e a fine test di immersione dei campioni in una soluzione di fosfato di sodio. I dati ottenuti, una volta confrontati, forniscono informazioni significative per la verifica di cambiamenti nel materiale, del tipo di cambiamenti che sono avvenuti e la loro entità. Inoltre, sono stati eseguiti test elettrici quali curve di output e di transfer, oltre ai calcoli della transconduttanza da esse derivati. Queste misurazioni sono state eseguite a intervalli regolari durante l'intero mese del test di immersione. Tutto ciò al fine di monitorare in modo progressivo l'evoluzione di qualsiasi fenomeno stesse avvenendo all'interno del materiale e il suo impatto sulle prestazioni finali del dispositivo. I principali risultati di questo progetto evidenziano l'importanza di utilizzare strategie di supporto per promuovere ulteriormente il ruolo fondamentale del reticolante a rinforzare il materiale. Esempi sono i cicli di precondizionamento e la rimozione di componenti volatili in eccesso. Inoltre, avere uno schema di fabbricazione preciso e ben pianificato, reagenti freschi e strumenti che funzionano correttamente sono tutti aspetti di cruciale importanza per ottenere un dispositivo efficiente ed affidabile. Infine, lo studio ha anche valutato l'effetto degradante dell'elettrolita sulle proprietà fisico-chimiche del materiale; la maggior parte dei campioni ha mostrato però grande stabilità sia dal punto di vista fisico, con minime o alcuna consequenza a causa del rigonfiamento, sia sul livello della struttura chimica che è rimasta quasi del tutto invariata.
File allegati
File Dimensione Formato  
2025_4_Martire_Thesis.pdf

accessibile in internet per tutti

Descrizione: Testo della tesi
Dimensione 55.84 MB
Formato Adobe PDF
55.84 MB Adobe PDF Visualizza/Apri
2025_4_Martire_ExecutiveSummary.pdf

accessibile in internet per tutti

Descrizione: Testo executive summary
Dimensione 1.1 MB
Formato Adobe PDF
1.1 MB Adobe PDF Visualizza/Apri

I documenti in POLITesi sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/235247