Un equipo de KAUST ha elegido una técnica simple que utiliza la sal de amonio tetra-n-butilamonio fluoruro como n-dopante y el polímero conjugado P-90 como conductor mixto. Crédito:KAUST; Heno Hwang
El dopaje se usa comúnmente para mejorar el rendimiento en dispositivos semiconductores, pero anteriormente no ha tenido éxito para el transporte de electrones o de tipo n, materiales electrónicos orgánicos. Ahora, un enfoque desarrollado por KAUST utiliza un dopante, un aditivo que aumenta el rendimiento electrónico y la estabilidad al agua de un polímero semiconductor de tipo n, para producir el primer dopado n resistente al agua, transistores electroquímicos orgánicos, conocido como OECT.
Los transistores electroquímicos orgánicos comprenden conductores de mezcla de plástico, capas semiconductoras activas que conducen cargas iónicas y electrónicas al mismo tiempo. Estos conductores mixtos permiten que los OECT conviertan señales iónicas en electrolitos y fluidos biológicos en señales electrónicas. Sin embargo, el rendimiento de los semiconductores orgánicos de tipo n está por detrás del de sus homólogos de transporte de huecos en entornos dictados por sistemas biológicos, que es un gran obstáculo para el desarrollo de circuitos lógicos y matrices de transistores.
Los métodos actuales para mejorar las propiedades electrónicas de los OECT implican sintetizar nuevos conductores de mezcla de plástico. Un equipo de KAUST ha elegido una técnica sencilla que utiliza la sal de amonio fluoruro de tetra-n-butilamonio como n-dopante y el polímero conjugado P-90, que contiene unidades de naftaleno y tiofeno, como conductor mixto. El equipo disolvió el dopante y el semiconductor en dos soluciones separadas y luego las combinó. "Esta técnica se puede utilizar en cualquier laboratorio sin ser químico o especialista, "dice la ex postdoctoral de KAUST Alexandra Paterson, quien dirigió el estudio bajo la tutoría de Sahika Inal.
Los investigadores descubrieron que el dopaje n eficaz depende de la separación del catión amonio de su anión fluoruro. La sal transfiere el anión fluoruro al polímero para generar un radical P-90 fluorado y un radical aniónico P-90. Los electrones deslocalizados y desapareados resultantes mejoran el dopaje electroquímico en los OECT.
Los investigadores de KAUST han desarrollado el primer agua estable, OECT n-dopado, allanando el camino para la bioelectrónica comercialmente viable. Crédito:Tania Hidalgo
La sal también actuó como aditivo morfológico al reducir y suavizar la textura de la superficie, haciendo que se formen agregados en la película de polímero, lo que facilita el transporte de carga en la película.
"El doble papel de la sal afecta los aspectos electrónicos e iónicos de la conducción mixta, "Paterson explica.
Los investigadores probaron la estabilidad operativa de los OECT en el aire y el agua, así como su vida útil cuando se almacenan en medios biológicos. "Las OECT y los mecanismos de dopaje n son extremadamente estables, ", Dice Paterson. Este es un gran logro porque, si bien los polímeros en estudio están diseñados para ser estables, Los dopantes de tipo n suelen ser inestables en condiciones de funcionamiento electroquímicas, especialmente en aire y soluciones acuosas.
El equipo ahora está trabajando para aprovechar la larga vida útil y la estabilidad operativa de estos OECT dopados con n para aplicaciones bioelectrónicas. como sensores de glucosa y pilas de combustible enzimáticas. También están evaluando usos potenciales para monitorear la actividad de los canales iónicos en las células, así como para construir sensores de cationes a microescala de próxima generación.
