Recientemente, un equipo de investigación de la Universidad de Waseda desarrolló una nueva familia de HRIP llamada poli(tiourea). Gracias a interacciones intermoleculares únicas, estos compuestos pueden procesarse fácilmente en HRIP transparentes de bajo costo para aplicaciones optoelectrónicas, así como degradarse y reciclarse mediante un protocolo económico, lo que los convierte en una opción sustentable.

Los dispositivos optoelectrónicos se han introducido en muchos aspectos de nuestra vida diaria, desde pantallas OLED hasta fotodetectores, sistemas de seguridad y monitorización ambiental. En todas las aplicaciones, estos dispositivos utilizan polímeros de alto índice de refracción (HRIP) para controlar la luz.

En general, las propiedades ópticas de los HRIP transparentes permiten una transmisión y manipulación eficiente de la luz, lo que permite que los dispositivos optoelectrónicos guíen y controlen el flujo de luz para mejorar su rendimiento.

Sin embargo, no existen opciones de bajo costo para los HRIP que puedan garantizar un buen rendimiento óptico y al mismo tiempo ser transparentes y respetuosos con el medio ambiente. Esto se debe a que, para la mayoría de los materiales, existe un equilibrio inherente entre su índice de refracción, transparencia y procesabilidad.

Un equipo de investigación dirigido por el profesor Kenichi Oyaizu del Departamento de Química Aplicada de la Universidad de Waseda (Japón) encontró una manera de solucionar este problema. En su artículo publicado en Advanced Functional Materials , los investigadores informan sobre un nuevo tipo de HRIP aromático cuyas propiedades lo convierten en un candidato perfecto para aplicaciones optoelectrónicas modernas.

Este artículo fue escrito en coautoría por Seigo Watanabe del Instituto de Investigación de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Waseda, así como por Luca M. Cavinato y Rubén D. Costa, ambos de la Cátedra de Materiales Funcionales Biógenos de la Universidad Técnica de Munich, Alemania.

La familia de compuestos propuesta se llama poli(tioureas) (PTU), y cada unidad repetida del polímero (el monómero) comprende un anillo aromático simple unido a un grupo tiourea (H₂ N−C(=S)−NH₂ ). Estas PTU tienen una propiedad excepcional:las unidades de tiourea en diferentes cadenas de polímeros se atraen entre sí mediante enlaces de hidrógeno, lo que es un tipo de interacción intermolecular.

En pocas palabras, los átomos de azufre (S) de un grupo de tiourea atraen a los átomos de hidrógeno (H) unidos al nitrógeno (N) en otro grupo de tiourea debido a diferencias locales en la carga eléctrica.

Estos llamados "enlaces de hidrógeno polarizables" hacen que el material de PTU esté densamente empaquetado, creando redes densas. Dado que el polímero es amorfo y no tiene orden cristalino, es muy transparente. Mientras tanto, los anillos aromáticos sirven como espaciadores, proporcionando cierta rigidez y resistencia mecánica y contribuyendo a un mayor índice de refracción.

El equipo de investigación analizó detenidamente las propiedades de estas PTU y demostró su potencial incorporándolas en componentes optoelectrónicos experimentales, obteniendo resultados notables. Más específicamente, las PTU propuestas demostraron una alta transparencia de más del 92 % y un índice de refracción excepcional de 1,81.

En particular, el equipo también investigó si las PTU podrían degradarse fácilmente en moléculas útiles más simples.

"Debido a los recientes problemas ambientales causados ​​por los desechos plásticos, la degradación de polímeros a monómeros se convierte en una funcionalidad esencial que conduce al reciclaje sostenible. Hasta donde sabemos, ha habido muy pocos intentos de impartir degradabilidad a los HRIP y diseños sistemáticos para materiales degradables. A pesar de estas necesidades globales, no se ha informado de HRIP", afirma el profesor Oyaizu.

Sus esfuerzos llevaron a un protocolo de degradación simple que involucra condiciones suaves de calentamiento y mezcla con diaminas, lo cual es suficiente para romper las PTU en pedazos más pequeños que pueden reprocesarse o reutilizarse para la síntesis química de nuevas PTU.

En general, los resultados de este estudio son muy prometedores para el futuro de los materiales y dispositivos optoelectrónicos en el contexto más amplio de la sostenibilidad.

"Según estos hallazgos, los materiales ópticos respetuosos con el medio ambiente serían fácilmente preparables con un proceso sencillo, permitiendo la optoelectrónica sostenible, como pantallas brillantes de bajo coste, dispositivos de iluminación portátiles y gafas de polímero más finas, ligeras y degradables", concluye el profesor Oyaizu.

"Creo que este es el primer paso hacia el diseño integral de polímeros optoelectrónicos de próxima generación que puedan proporcionar una alta eficiencia de extracción de luz sin dañar el medio ambiente".