O doping é comumente usado para melhorar o desempenho em dispositivos semicondutores, mas não foi anteriormente bem-sucedido para transporte de elétrons ou tipo n, materiais eletrônicos orgânicos. Agora, uma abordagem desenvolvida pela KAUST usa um dopante, um aditivo que aumenta o desempenho eletrônico e a estabilidade à água de um polímero semicondutor tipo n, para produzir o primeiro n-dopado estável em água, transistores eletroquímicos orgânicos, conhecido como OECTs.

Os transistores eletroquímicos orgânicos compreendem condutores misturados com plástico - camadas semicondutoras ativas que conduzem cargas iônicas e eletrônicas ao mesmo tempo. Esses condutores mistos permitem que os OECTs convertam sinais iônicos em eletrólitos e fluidos biológicos em sinais eletrônicos. Contudo, o desempenho de semicondutores orgânicos do tipo n fica atrás de seus equivalentes transportadores de buraco em ambientes ditados por sistemas biológicos, que é um grande obstáculo para o desenvolvimento de circuitos lógicos e matrizes de transistores.

Os métodos atuais para aumentar as propriedades eletrônicas dos OECTs envolvem a síntese de novos condutores com mistura de plástico. Uma equipe da KAUST escolheu uma técnica simples usando o sal de amônio tetra-n-butilamônio fluoreto como n-dopante e o polímero conjugado P-90, que contém unidades de naftaleno e tiofeno, como um maestro misto. A equipe dissolveu o dopante e o semicondutor em duas soluções separadas e, em seguida, combinou-os. “Esta técnica pode ser usada em qualquer laboratório sem ser químico ou especialista, "diz a ex-pós-doc Alexandra Paterson da KAUST, que liderou o estudo sob a orientação de Sahika Inal.

Os pesquisadores descobriram que o n-doping eficaz depende da separação do cátion amônio de seu ânion fluoreto. O sal transfere o ânion fluoreto para o polímero para gerar um radical P-90 fluorado e um radical ânion P-90. Os elétrons deslocalizados e desemparelhados resultantes melhoram o doping eletroquímico nos OECTs.

O sal também atuou como aditivo morfológico, reduzindo e suavizando a textura da superfície, fazendo com que agregados se formem no filme de polímero, o que facilita o transporte de carga no filme.

"O duplo papel do sal impacta os aspectos eletrônicos e iônicos da condução mista, "Paterson explica.

Os pesquisadores testaram a estabilidade operacional dos OECTs no ar e na água, bem como sua vida útil quando armazenados em meio biológico. "Os OECTs e os mecanismos de n-doping são extremamente estáveis, "Paterson diz. Esta é uma grande conquista porque, embora os polímeros em estudo sejam projetados para serem estáveis, Os dopantes tipo n são geralmente instáveis ​​sob condições de operação eletroquímica, especialmente em ar e soluções aquosas.

A equipe agora está trabalhando na exploração da longa vida útil e estabilidade operacional desses OECTs dopados com n para aplicações bioeletrônicas, como sensores de glicose e células de combustível enzimáticas. Eles também estão avaliando os usos potenciais para monitorar a atividade do canal iônico nas células, bem como construir sensores de cátions em microescala de próxima geração.