Une équipe du KAUST a choisi une technique simple utilisant le sel d'ammonium fluorure de tétra-n-butylammonium comme n-dopant et le polymère conjugué P-90 comme conducteur mixte. Crédit :KAUST; Heno Hwang
Le dopage est couramment utilisé pour améliorer les performances des dispositifs semi-conducteurs, mais n'a pas été efficace auparavant pour le transport d'électrons ou de type n, matériaux électroniques organiques. Maintenant, une approche développée par KAUST utilise un dopant, un additif qui augmente les performances électroniques et la stabilité à l'eau d'un polymère semi-conducteur de type n, pour produire le premier dopé n stable à l'eau, transistors électrochimiques organiques, connu sous le nom d'OECT.
Les transistors électrochimiques organiques sont constitués de conducteurs mixtes en plastique, des couches semi-conductrices actives qui conduisent des charges ioniques et électroniques en même temps. Ces conducteurs mixtes permettent aux OECT de convertir les signaux ioniques contenus dans les électrolytes et les fluides biologiques en signaux électroniques. Cependant, les performances des semi-conducteurs organiques de type n sont inférieures à celles de leurs homologues transportant des trous dans des environnements dictés par les systèmes biologiques, ce qui constitue un obstacle majeur au développement de circuits logiques et de réseaux de transistors.
Les méthodes actuelles d'amélioration des propriétés électroniques des OECT impliquent la synthèse de nouveaux conducteurs à mélange de plastique. Une équipe du KAUST a choisi une technique simple utilisant le sel d'ammonium fluorure de tétra-n-butylammonium comme n-dopant et le polymère conjugué P-90, qui contient des unités naphtalène et thiophène, en tant que conducteur mixte. L'équipe a dissous le dopant et le semi-conducteur en deux solutions distinctes, puis les a combinés. "Cette technique peut être utilisée dans n'importe quel laboratoire sans être chimiste ou spécialiste, " déclare Alexandra Paterson, ancienne postdoctorante de la KAUST, qui a dirigé l'étude sous le mentorat de Sahika Inal.
Les chercheurs ont découvert qu'un dopage n efficace dépend de la séparation du cation ammonium de son anion fluorure. Le sel transfère l'anion fluorure au polymère pour générer un radical P-90 fluoré et un radical anion P-90. Les électrons délocalisés et non appariés qui en résultent améliorent le dopage électrochimique dans les OECT.
Les chercheurs de la KAUST ont développé le premier OECT n-dopé, ouvrant la voie à une bioélectronique commercialement viable. Crédit :Tania Hidalgo
Le sel a également agi comme un additif de morphologie en réduisant et en lissant la texture de surface, provoquer la formation d'agrégats sur le film polymère, ce qui facilite le transport des charges dans le film.
"Le double rôle du sel impacte à la fois les aspects électroniques et ioniques de la conduction mixte, ", explique Paterson.
Les chercheurs ont testé la stabilité opérationnelle des OECT dans l'air et l'eau ainsi que leur durée de conservation lorsqu'ils sont stockés dans des milieux biologiques. "Les OECT et les mécanismes de dopage n sont extrêmement stables, " dit Paterson. C'est une grande réussite car si les polymères à l'étude sont conçus pour être stables, les dopants de type n sont généralement instables dans des conditions de fonctionnement électrochimiques, en particulier dans l'air et les solutions aqueuses.
L'équipe travaille maintenant sur l'exploitation de la longue durée de conservation et de la stabilité opérationnelle de ces OECT dopés n pour des applications bioélectroniques, tels que les capteurs de glucose et les piles à combustible enzymatiques. Ils évaluent également les utilisations potentielles pour surveiller l'activité des canaux ioniques dans les cellules ainsi que la construction de capteurs de cations à micro-échelle de nouvelle génération.
