Les polymères conçus sur mesure offrent un potentiel prometteur pour des technologies de pointe telles que les dispositifs de capture de lumière et les électroniques implantables interagissant avec le système nerveux. Cependant, concevoir des polymères dotés d’un équilibre précis entre propriétés chimiques, physiques et électroniques reste un défi majeur. Une nouvelle étude, publiée dans la revue Matter, apporte des éclairages essentiels sur la manière d’ingénieriser ces matériaux pour répondre aux exigences spécifiques des applications futures, notamment en électronique biomédicale. Aram Amassian, professeur de science des matériaux à l’Université de Caroline du Nord et co-auteur correspondant de l’étude, souligne que, contrairement aux dispositifs à base de silicium, dont les propriétés électroniques sont bien maîtrisées depuis des décennies, les polymères utilisés dans les nouvelles générations d’électroniques restent mal compris. « Nous ne disposons pas encore d’une compréhension détaillée de la manière dont le traitement et l’ingénierie des polymères influencent leurs propriétés électroniques », explique-t-il. Cette lacune limite la capacité à ajuster finement ces propriétés pour des usages précis. Pour rendre les polymères conducteurs, les chercheurs utilisent des polymères conjugués, auxquels ils ajoutent des agents dopants. Cependant, augmenter la quantité de dopant n’améliore pas nécessairement la conductivité : des effets indésirables apparaissent au-delà d’un certain seuil. « Avant cette étude, nous ne savions même pas quels paramètres étaient réellement significatifs », reconnaît Amassian. Les méthodes expérimentales classiques auraient nécessité des années pour explorer toutes les combinaisons possibles. Pour surmonter cette limitation, l’équipe a conçu un système intelligent baptisé « DopeBot », combinant algorithmes d’intelligence artificielle et procédés à haut débit. Développé par Baskar Ganapathysubramanian, professeur à l’Université d’Iowa State, DopeBot a été chargé d’optimiser les conditions de dopage d’un polymère appelé pBTTT avec un agent F4TCNQ. Le système a mené 224 expériences en quatre cycles successifs, variant des paramètres comme le solvant utilisé et la température du traitement. Les résultats ont été analysés manuellement, puis intégrés dans le système pour guider les expériences suivantes. Les données recueillies couvrent les paramètres expérimentaux, la structure moléculaire et physique des polymères dopés, ainsi que leurs propriétés électroniques, optiques et structurales. Une analyse avancée a permis d’établir des corrélations entre ces variables. Mais pour aller au-delà des corrélations, les chercheurs ont mené une investigation fondamentale : Aram Amassian a collaboré avec Raja Ghosh, chercheur en chimie à NC State, qui a utilisé des calculs quantiques pour révéler le lien entre la localisation des dopants dans la chaîne polymère et les propriétés électroniques résultantes. Cette approche intégrée, combinant IA, expérimentation à haut débit et modélisation théorique, a permis de dégager les facteurs clés influençant la conductivité des polymères dopés. Ces résultats sont cruciaux pour concevoir des matériaux organiques adaptés aux bioélectroniques. L’équipe, qui inclut des chercheurs de NC State, de l’Université de Buffalo et de l’Institut de technologie de Karlsruhe (Allemagne), travaille déjà à développer des matériaux prêts à l’adoption industrielle dans le domaine de la santé. Les auteurs principaux sont Jacob Mauthe (postdoctoral à NC State), Ankush Kumar Mishra (doctorant à Iowa State) et Abhradeep Sarkar (doctorant à NC State). D’autres contributeurs viennent de l’Université du Nord-Caroline à Chapel Hill et de l’Université de Washington. Cette recherche ouvre la voie à une conception plus ciblée et efficace des polymères pour les applications électroniques du futur.