Un nuevo estudio aporta a la producción de dispositivos electrónicos flexibles

En el marco de una investigación a cargo de científicos brasileños e italianos, se ordenó la estructura del politiofeno y se mejoraron las cualidades ópticas y electrónicas de este material orgánico

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – La electrónica flexible es una de las grandes tendencias tecnológicas de la actualidad. Se trata de un segmento en expansión acelerada, y se vislumbra una duplicación de su valor en el transcurso de la próxima década.

En un futuro cercano, serán comunes los aparatos optoelectrónicos –aquellos que suministran, detectan y controlan luz– sumamente livianos y plegables. Y existe mucha investigación que se lleva adelante actualmente a tal fin. Un ejemplo de ello lo constituye un trabajo publicado recientemente en Scientific Reports.

Se trata de un estudio experimental y teórico llevado a cabo por científicos brasileños e italianos, en cuyo marco se apuntó a mejorar las propiedades ópticas y electrónicas del politiofeno. Debido a su levedad, su flexibilidad y su fácil procesamiento, este material orgánico es sumamente atractivo en términos mecánicos.

“La configuración del politiofeno, cuando se lo procesa del modo más común, por goteo y rotación [spin casting], queda bastante desordenada, lo cual compromete su rendimiento óptico y electrónico. En nuestro trabajo, la propuesta consistió en ordenar este material para volverlo mucho más selectivo en la emisión y absorción de luz”, declaró Marilia Junqueira Caldas a Agência FAPESP.

La investigadora es profesora titular del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo, en Brasil, y tomó parte en el estudio al contribuir en la construcción del andamiaje teórico con el cual se describieron y se explicaron los datos experimentales.

El ordenamiento que Junqueira Caldas mencionó se obtuvo de un modo sorprendentemente sencillo. Se depositó una gota del polímero en solución sobre un soporte. A medida que se evaporaba, se aplicó una especie de reja sobre la gota, que hizo que la misma pasase a exhibir una secuencia de estrías paralelas. Y este estriado ordenó la estructura interna del material [véase la figura abajo].
 

Ordenamiento del politiofeno: (a) ilustración esquemática del proceso experimental; (b) microscopía confocal; (c) microscopía electrónica de barrido; (d) micrografías de AFM (Atomic Force Microscope); (e) perfil de altura; (f) vista 3D del material ordenado (imagen: Scientific Reports).

 

“Con este ordenamiento, el polímero pasó a absorber y a emitir luz de manera sumamente previsible, lo cual permitió la emisión estimulada de luz en frecuencias no disponibles en la película desordenada. Fue una mejora de selectividad. Asimismo, el dispositivo resultante quedó mucho más liviano que otros con función similar, basados en superposiciones de diversos tipos de semiconductores”, dijo Junqueira Caldas.

La investigadora explicó la relación entre el ordenamiento y la selectividad del siguiente modo:

“Efectuamos un cálculo de la dinámica molecular para saber de qué manera se comportaba el polímero en la fase desordenada. Obtuvimos entonces un conjunto de estructuras tortuosas, encastradas unas con otras y ovilladas. En una situación así, el electrón que sale de su posición inicial debido a la incidencia de la luz puede apartarse del orificio que se formó en la cadena de átomos y migrar hacia regiones muy lejanas en el interior del material”, dijo. 

“Como esto sucede con una gran cantidad de electrones, el resultado consiste en que la absorción y la emisión de la luz se vuelven extremadamente desordenadas. Mediante el moldeado, las cadenas de átomos se ubican en forma cuasi lineal. Y los electrones y los agujeros permanecen muy cerca, en las mismas cadenas. El electrón sale y luego regresa al mismo lugar. Absorbe y emite allí”, dijo Junqueira Caldas.

De este modo, un material intrínsecamente desorganizado se organizó durante el proceso de “crecimiento”. Y la organización hace que el mismo se preste a un amplio conjunto de aplicaciones optoelectrónicas.

“Nuestro abordaje muestra una estrategia factible tendiente a orientar propiedades ópticas mediante el control estructural. La observación de la mejora óptica abre la posibilidad del uso de nanoestructuras de politiofeno como bloques para la construcción de amplificadores ópticos orgánicos y dispositivos fotónicos activos”, según se enfatiza en el artículo.

Junqueira Caldas y Rodrigo Ramos, su dirigido doctoral durante el estudio, contaron con el apoyo de la FAPESP en el marco del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología en Electrónica Orgánica (Ineo). El Ineo es uno de los Institutos Nacionales de Ciencia y Tecnología que cuentan con el apoyo de la FAPESP en convenio con el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq), del gobierno federal brasileño.

El artículo intitulado Tailoring optical properties and stimulated emission in nanostructured polythiophene (doi: https://doi.org/10.1038/s41598-019-43719-0), de Alberto Portone, Lucia Ganzer, Federico Branchi, Rodrigo Ramos, Marília Junqueira Caldas, Dario Pisignano, Elisa Molinari, Giulio Cerullo, Luana Persano, Deborah Prezzi y Tersilla Virgili, se encuentra publicado en el siguiente enlace: www.nature.com/articles/s41598-019-43719-0.