Bajo el microscopio electrónico de transmisión (TEM), varios nanocables de ftalocianina de cobalto crecen a partir de un nanocable de ftalocianina de hierro que está decorado con partículas de plata. Crédito:Empa
Los semiconductores orgánicos son candidatos muy prometedores como materiales de partida para la fabricación de componentes electrónicos flexibles y de gran superficie, como transistores, diodos y sensores en una escala que va desde micro a nano. Una condición para el éxito en el logro de este objetivo es la capacidad de unir componentes con enlaces conductores de electricidad; en otras palabras, para crear un circuito electrónico. Los científicos europeos han desarrollado un nuevo método que les permite crear redes simples de nanocables orgánicos.
Cuando el físico español Ángel Barranco regresó a Valencia después de un período de investigación de tres años en Empa, inició el proyecto de la UE PHODYE con, entre otros, sus antiguos compañeros de Empa. El objetivo es desarrollar sensores de gas de alta sensibilidad, para controlar las emisiones de los vehículos de carretera, por ejemplo, o para proporcionar al personal de laboratorio y trabajadores mineros una alerta temprana de la presencia de sustancias venenosas. Los sensores se basan en películas delgadas fluorescentes que cambian de color y emiten fluorescencia al entrar en contacto con determinadas moléculas de gas.
"Pensamos en términos de una especie de llave electrónica para aplicaciones de seguridad, que solo reaccionaría a determinadas condiciones ópticas, ", explica el físico de Empa, Pierangelo Groening. Lo necesario para esto son transparentes, películas delgadas de fuerte fluorescencia, entonces Groening y Barranco desarrollaron un proceso de deposición de plasma para almacenar moléculas de colorantes fluorescentes como metaloproyphins, perilenos y ftalocianinas sin modificar y en altas concentraciones en SiO 2 o TiO 2 capas.
Pronto se hizo evidente que si ciertas moléculas de gas se depositaban sobre partículas de tinte en las películas delgadas, luego, estos emitieron fluorescencia en diferentes longitudes de onda y, como resultado, la película delgada cambió de color. Si se utilizan diferentes tintes, los gases que son tóxicos para los seres humanos se pueden detectar en concentraciones muy bajas.
Sin embargo, para muchas aplicaciones de sensores, es importante que el tiempo de respuesta sea lo más corto posible, algo que es casi imposible con capas compactas de tinte de plasma. Está, por otra parte, posible con capas que tienen una estructura muy porosa, asemejándose a la siesta de una alfombra de escala nanométrica. Los científicos esperan obtener más beneficios de estas capas porque aumentan el área en la que las moléculas de gas que se van a detectar pueden adsorberse. y también acortar las distancias de difusión, permitiendo que el sensor responda más rápido. A continuación, la física Ana Borras desarrolló un nuevo proceso de deposición al vacío para sintetizar nanocables orgánicos.
Mientras tanto, los investigadores de Empa progresaron, aprender a fabricar nanocables con características muy variables mediante la selección adecuada de la molécula de partida y las condiciones experimentales. Los nanocables de moléculas de metalo-ftalocianina tienen diámetros de apenas 10 a 50 nanómetros y una longitud de hasta 100 micrones. Lo que es inusual e inesperado sobre el nuevo método es que al controlar exactamente la temperatura del sustrato, flujo de moléculas y tratamiento del sustrato, los nanocables orgánicos desarrollan un estructura perfectamente monocristalina.
Bajo el microscopio electrónico de barrido (SEM), nanolaminas y nanocables de paladio octaetilporfirina crecen sobre un nanoalambre de perileno que ha sido pulverizado con partículas de plata. Crédito:Empa
Inmediatamente después de que se realizaron los primeros estudios con el microscopio electrónico, Groening tuvo claro que el nuevo proceso no solo podría proporcionar nanocables para los sensores de gas, sino que también permitiría crear complejos "circuitos eléctricos de nanocables" para aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas como la energía solar. células, transistores y diodos. Esto se debe a que los diferentes tipos de nanocables se pueden combinar según sea necesario para formar redes con propiedades muy variables. como Groening y sus compañeros de trabajo informan en la revista científica Materiales avanzados .
El truco para lograrlo radica en un segundo paso en el que los nanocables que crecen en la superficie se "decoran" con nanopartículas de plata mediante un proceso de recubrimiento por pulverización catódica. Un objetivo, en este caso una pieza de plata maciza, es bombardeado con iones energéticos, desprendiendo átomos de plata que entran en la fase gaseosa y se depositan en los nanocables. En un paso final, el equipo de Empa ahora produce más nanocables que, gracias a las partículas de plata, están en contacto eléctrico con los cables originales, la base de un circuito eléctrico en la escala nanométrica.
Las primeras mediciones de conductividad eléctrica, hecho con la ayuda de un microscopio de túnel de barrido de cuatro puntas en ultra alto vacío, superó las expectativas más optimistas:el material es de una calidad inusualmente alta. "Esto abre la posibilidad de poder fabricar pronto materiales semiconductores orgánicos, "dice Groening con confianza." Y eso, también, utilizando un proceso simple y económico ". Mientras tanto, los investigadores han sintetizado con éxito estructuras de nanocables cada vez más complejas, y logré vincularlos con mucha habilidad y un toque seguro.
Llevar, por ejemplo, nanocables que consisten en secciones hechas con diferentes moléculas de partida. Si estas moléculas pueden transportar solo cargas positivas o solo cargas negativas, luego se crea un diodo que permite que la corriente fluya en una sola dirección. Groening especula que es muy posible que algún día se fabriquen componentes para nanolectrónica y nanofotónica utilizando esta técnica.
