Hoy en día, se utilizan compuestos petroquímicos y metales raros como el platino y el iridio para producir semiconductores para optoelectrónica, como LED orgánicos para pantallas superfinas de televisores y teléfonos móviles. Físicos de la Universidad de Umeå, en colaboración con investigadores de Dinamarca y China, han descubierto una alternativa más sostenible. Al cocinar a presión hojas de abedul recogidas en el campus de la Universidad de Umeå, han producido una partícula de carbono de tamaño nanométrico con las propiedades ópticas deseadas.
"La esencia de nuestra investigación es aprovechar los recursos renovables cercanos para producir materiales semiconductores orgánicos", afirma Jia Wang, investigador del Departamento de Física de la Universidad de Umeå y uno de los autores del estudio publicado en . Química Verde .
Los semiconductores orgánicos son materiales funcionales importantes en aplicaciones optoelectrónicas. Una aplicación son los diodos emisores de luz orgánicos, OLED, que comprenden pantallas de teléfonos móviles y televisores ultrafinas y brillantes. La demanda cada vez mayor de esta tecnología avanzada está impulsando la producción masiva de materiales semiconductores orgánicos.
Desafortunadamente, estos semiconductores actualmente se producen principalmente a partir de compuestos petroquímicos y elementos raros obtenidos mediante minería dañina para el medio ambiente. Además, estos materiales a menudo contienen las llamadas "materias primas críticas" que escasean, como platino, indio y fósforo.
Desde el punto de vista de la sostenibilidad, sería ideal si pudiéramos utilizar biomasa de plantas, animales y residuos para producir materiales semiconductores orgánicos. Estos materiales de partida son renovables y están disponibles en abundancia. La investigadora Jia Wang y sus colegas del Departamento de Física, junto con socios internacionales, han logrado producir un material semiconductor de base biológica.
El proceso de síntesis es sencillo:recogieron hojas de abedul en el campus de Umeå y las cocinaron en una olla a presión. Eso produjo "puntos de carbono" de aproximadamente dos nanómetros de tamaño que emiten una luz roja profunda de banda estrecha cuando se disuelven en etanol. Algunas de las propiedades ópticas de estos puntos de carbono de hojas de abedul son comparables a los puntos cuánticos comerciales que se utilizan actualmente en materiales semiconductores, pero a diferencia de ellos, no contienen metales pesados ni materias primas críticas.
"Es importante tener en cuenta que nuestro método no se limita a las hojas de abedul", explica Jia Wang. "Probamos diferentes hojas de plantas con el mismo método de cocción a presión, y todas produjeron puntos de carbono emisores rojos similares. Esta versatilidad sugiere que el proceso de transformación se puede utilizar en diferentes lugares".
Utilizando los puntos de carbono en un dispositivo de celda electroquímica emisora de luz, los investigadores pudieron demostrar que el brillo generado era de 100 cd/m 2 , que es comparable a la intensidad de la luz de la pantalla de una computadora.
"Este resultado muestra que es posible pasar de los compuestos de petróleo agotadores a la regeneración de biomasa como materia prima para semiconductores orgánicos", afirma Jia Wang.
Ella enfatiza el potencial más amplio de los puntos de carbono más allá de los simples dispositivos emisores de luz.
"Los puntos de carbono son prometedores en diversas aplicaciones, desde la bioimagen y la detección hasta la lucha contra la falsificación. Estamos abiertos a colaboraciones y deseosos de explorar usos más interesantes para estos puntos de carbono emisivo y sostenible", afirma Jia Wang.
Más información: Shi Tang et al, Puntos de carbono fluorescentes de hojas de abedul para dispositivos electroluminiscentes sostenibles, Green Chemistry (2023). DOI:10.1039/D3GC03827K
Información de la revista: Química Verde
Proporcionado por la Universidad de Umea
