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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40919| Título: | Efeitos optoeletrônicos da incorporação de ftalocianina de Cobalto na camada semicondutora de fototransistores eletroquímicos orgânicos |
| Título(s) alternativo(s): | Optoelectronic effects upon incorporation of liquid crystalline Cobalt phthalocyanine in the semiconducting layer of organic electrochemical phototransistors |
| Autor(es): | Bajerski, Leonardo |
| Orientador(es): | Kublitski, Jonas |
| Palavras-chave: | Optoeletrônica Transistores Ftalocianinas Cristais líquidos Semicondutores Neuroplasticidade Optoelectronics Transistors Phthalocyanines Liquid crystals Semiconductors Neuroplasticity |
| Data do documento: | 22-Mai-2026 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | BAJERSKI, Leonardo. Efeitos optoeletrônicos da incorporação de ftalocianina de cobalto na camada semicondutora de fototransistores eletroquímicos orgânicos. 2026. Dissertação (Mestrado em Física e Astronomia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2026. |
| Resumo: | A optoeletrônica orgânica oferece um caminho promissor para o desenvolvimento de dispositivos leves, processáveis por solução e compatíveis com arquiteturas flexíveis, voltados a aplicações como fotodetectores, sensores ópticos, memórias optoeletrônicas e sistemas neuromórficos capazes de emular funções sinápticas por meio de estímulos luminosos. Neste contexto, este trabalho investiga a incorporação da ftalocianina de cobalto líquido-cristalina (CoPc-LC) na camada semicondutora de fototransistores orgânicos com porta eletrolítica baseados na blenda P3HT:PCBM. O objetivo é avaliar de que modo a incorporação de um cristal líquido modifica as propriedades elétricas, ópticas e funcionais da camada ativa, com ênfase na transdução de luz em corrente elétrica e na possibilidade de armazenamento temporário da resposta fotoinduzida. Para isso, foram fabricados dispositivos em substratos de vidro com eletrodos interdigitados de ITO, utilizando deposição da camada semicondutora por spin coating, gel iônico como eletrólito e grafite como eletrodo de porta. A caracterização envolveu curvas de saída e de transferência, medidas elétricas no escuro e sob iluminação, espectros de absorbância, resposta transiente da corrente de dreno sob pulsos de luz, ensaios de retenção, modulação por intensidade luminosa e protocolos inspirados em plasticidade sináptica. Inicialmente, diferentes concentrações de CoPc-LC foram comparadas, sendo a formulação de 50 mg/mL selecionada por apresentar melhor resposta fotocondutiva transiente. Os resultados mostram que a incorporação de CoPc-LC aumenta a corrente no estado ligado, eleva a mobilidade estimada em aproximadamente 70% e amplia significativamente a transcondutância em relação ao dispositivo de controle. Sob iluminação, o dispositivo com CoPc-LC opera na faixa de µA e apresenta corrente cerca de uma ordem de grandeza superior à da blenda P3HT:PCBM sem aditivo. Além disso, mantém retenção superior a 70% sob luz branca nas condições analisadas e apresenta resposta dependente da intensidade e da duração do estímulo óptico. Os ensaios neuromórficos indicam comportamento compatível com resposta analógica, plasticidade de curto prazo, reaprendizado acelerado e apagamento ativo da memória. Conclui-se que a incorporação de CoPc-LC favorece o transporte de carga e intensifica a resposta optoeletrônica da blenda P3HT:PCBM, transformando o fototransistor com porta eletrolítica em uma plataforma promissora para dispositivos capazes de detectar, modular e reter informações luminosas. Dessa forma, o uso de cristais líquidos surge como uma estratégia relevante para o desenvolvimento de fototransistores orgânicos aplicados a sensores ópticos, memórias fotoativas e arquiteturas neuromórficas de baixo custo e processáveis por solução. |
| Abstract: | Organic optoelectronics offers a promising route for the development of lightweight, solutionprocessable devices compatible with flexible architectures, targeting applications such as photodetectors, optical sensors, optoelectronic memories, and neuromorphic systems capable of emulating synaptic functions through light stimuli. In this context, this work investigates the incorporation of liquid-crystalline cobalt phthalocyanine (CoPc-LC) into the semiconducting layer of electrolyte-gated organic phototransistors based on the P3HT:PCBM blend. The aim is to evaluate how the incorporation of a liquid crystal modifies the electrical, optical, and functional properties of the active layer, with emphasis on light-to-current transduction and on the possibility of temporarily storing the photoinduced response. For this purpose, devices were fabricated on glass substrates with interdigitated ITO electrodes, using spin coating to deposit the semiconducting layer, an ion gel as the electrolyte, and graphite as the gate electrode. The characterization included output and transfer curves, electrical measurements in the dark and under illumination, absorbance spectra, transient drain-current response under light pulses, retention tests, modulation by light intensity, and protocols inspired by synaptic plasticity. Initially, different CoPc-LC concentrations were compared, and the 50 mg/mL formulation was selected because it presented the best transient photoconductive response. The results show that the incorporation of CoPc-LC increases the on-state current, raises the estimated mobility by approximately 70%, and significantly enhances the transconductance compared with the control device. Under illumination, the CoPc-LC device operates in the µA range and exhibits a current approximately one order of magnitude higher than that of the P3HT:PCBM blend without the additive. In addition, it maintains retention above 70% under white light in the analyzed conditions and shows a response dependent on the intensity and duration of the optical stimulus. The neuromorphic tests indicate behavior compatible with analog response, short-term plasticity, accelerated relearning, and active memory erasure. Therefore, the incorporation of CoPc-LC favors charge transport and intensifies the optoelectronic response of the P3HT:PCBM blend, turning the electrolyte-gated phototransistor into a promising platform for devices capable of detecting, modulating, and retaining light-based information. Thus, the use of liquid crystals emerges as a relevant strategy for the development of organic phototransistors applied to optical sensors, photoactive memories, and low-cost, solution-processable neuromorphic architectures. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40919 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Física e Astronomia |
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