Un método mejorado para predecir la temperatura cuando los plásticos cambian de flexibles a frágiles, que potencialmente podría acelerar el desarrollo futuro de la electrónica flexible, fue desarrollado por investigadores del Penn State College of Engineering.

Electrónica flexible de próxima generación, como pantallas flexibles e implantes médicos, dependerá de materiales semiconductores que sean mecánicamente flexibles. Predicciones precisas de la temperatura cuando ocurre la fragilidad, conocida como temperatura de transición vítrea, es crucial para diseñar polímeros conductores que permanezcan flexibles a temperatura ambiente.

"El trabajo anterior para predecir la transición vítrea de polímeros se basó en complejos, modelos multiparamétricos pero, sin embargo, condujeron a una precisión deficiente, "dijo Enrique Gómez, profesor de ingeniería química e investigador principal. "Además, Las mediciones experimentales precisas de la transición vítrea de los polímeros conjugados son un desafío ".

Todos los polímeros se vuelven quebradizos cuando se enfrían. Sin embargo, algunos polímeros, como el poliestireno utilizado en vasos de poliestireno, se vuelven frágiles a temperaturas superiores a la temperatura ambiente, mientras que otros polímeros, como el poliisopreno utilizado en bandas de goma, se vuelven frágiles a temperaturas mucho más bajas.

Renxuan Xie, anteriormente estudiante de doctorado en Penn State y ahora investigador postdoctoral en la Universidad de California en Santa Bárbara, encontró una manera de medir las temperaturas de transición vítrea realizando un seguimiento de las propiedades mecánicas a medida que se produce la fragilización, Sentar las bases para comprender la relación entre la transición vítrea y la estructura. Luego, los estudios de seguimiento determinaron la transición vítrea para 32 polímeros diferentes midiendo las propiedades mecánicas en función de la temperatura.

"Este avance, junto con los datos de varios polímeros en nuestros estudios posteriores, reveló una relación simple entre la estructura química y la transición vítrea, "Dijo Gómez." Por lo tanto, ahora podemos predecir el punto de fragilización a partir de la estructura química ".

Según Gómez, este trabajo, informó en un número reciente de Comunicaciones de la naturaleza , permite a los investigadores predecir la temperatura de transición vítrea a partir de la estructura química de los polímeros conductores antes de que sean sintetizados para su uso en electrónica. La mayoría de los polímeros conductores utilizados actualmente son frágiles e inflexibles, por lo que este avance podría acelerar el desarrollo de la electrónica flexible.

"Aunque suene sencillo, somos los primeros en utilizar las propiedades mecánicas de los polímeros conductores para medir la temperatura de transición vítrea, ", Dijo Gómez." Combinamos los datos de muchos polímeros diferentes para derivar una relación simple que predice la temperatura de transición vítrea basada en la estructura química de una manera más precisa de lo que era posible anteriormente ".

El estudio de Gomez fue financiado por un Subvención de $ 1,75 millones otorgada en 2019 por la National Science Foundation para explorar la integración de la teoría, simulaciones y experimentos para acelerar el desarrollo de electrónica flexible basada en compuestos orgánicos. Los próximos pasos para esta investigación, Gomez dijo, son pruebas más extensas y exploración de aplicaciones prácticas.

"Ahora queremos usar nuestro modelo para diseñar polímeros conductores para hacer componentes electrónicos ultraflexibles y extensibles, ", Dijo Gómez." También queremos impulsar nuestro modelo para encontrar los límites y ver dónde se rompe el modelo ".