Los polímeros semiconductores son un grupo rebelde, pero los ingenieros de la Universidad de Michigan han desarrollado un nuevo método para alinearlos que podría allanar el camino para obtener más verder, Electrónica plástica "pintada".

"Es la primera vez que se trata de una capa fina, conductible, película altamente alineada para alto rendimiento, pintable, electrónica de plástico directamente escribible, "dijo Jinsang Kim, Profesor U-M de ciencia e ingeniería de materiales, quien dirigió la investigación publicada en Materiales de la naturaleza .

Los semiconductores son el ingrediente clave para los procesadores de computadoras, células solares y pantallas LED, pero son caras. Los semiconductores inorgánicos como el silicio requieren altas temperaturas superiores a 2, 000 grados Fahrenheit y costosos sistemas de vacío para su procesamiento en electrónica, pero los semiconductores orgánicos y plásticos se pueden preparar en una mesa de laboratorio básica.

El problema es que los portadores de carga, como electrones, no pueden moverse a través de plásticos con tanta facilidad como pueden moverse a través de semiconductores inorgánicos, Dijo Kim. Parte de la razón de esto es que cada molécula de polímero semiconductor es como un cable corto, y estos cables están dispuestos al azar.

"La movilidad de la carga a lo largo de las cadenas de polímero es mucho más rápida que entre los polímeros, "Dijo Kim.

Para aprovechar la buena conducción a lo largo de los polímeros, Los grupos de investigación han estado tratando de alinearlos en una autopista con carga, pero es un poco como intentar arreglar un linguini nanoscópico.

El grupo de Kim abordó el problema fabricando polímeros semiconductores más inteligentes. Querían una solución de polímero líquido que pudieran cepillar sobre una superficie, y las moléculas se alinearían automáticamente entre sí en la dirección del trazo, ensamblar en películas de capa fina semiconductoras de alto rendimiento.

Primero, diseñaron los polímeros para que fueran resbaladizos:los polímeros ordinarios se juntan como fideos planos que se dejan en el refrigerador, Dijo Kim. Al elegir polímeros con un toque natural, el equipo evitó que se pegaran entre sí en la solución. Pero para alinear durante la pincelada, los polímeros necesitaban atraerse sutilmente entre sí. Las superficies planas harían eso, por lo que el equipo diseñó su polímero para que se desenrollara a medida que se secaba el solvente.

Evitaron que los polímeros no alineados formaran grandes trozos agregando brazos flexibles que se extendían a los lados del piso, polímero similar a un alambre. Estos brazos impedían un contacto demasiado cercano entre los polímeros, mientras que el volumen de los brazos evitaba que se engancharan entre sí. Los polímeros con estas propiedades se alinearán en la dirección de una fuerza aplicada, como el tirón de un pincel.

"Es un gran avance, ", Dijo Kim." Establecimos un principio de diseño molecular completo de polímeros semiconductores con capacidad de alineación dirigida ".

Y funciona. El equipo creó moléculas que coincidían con su diseño y construyó un dispositivo para esparcir la solución de polímero sobre superficies como vidrio o una película de plástico flexible. La fuerza de la hoja de silicio, moviéndose a una velocidad constante a través del polímero líquido, fue suficiente para alinear las moléculas.

Luego, el equipo construyó la película semiconductora en un transistor simple, una versión de los componentes electrónicos que componen los procesadores de computadora. El dispositivo demostró la importancia de la alineación del polímero al mostrar que los portadores de carga se movieron 1, 000 veces más rápido en la dirección paralela a la pincelada de la hoja de silicona que cuando cruzan la dirección de la pincelada.

"Al combinar el principio de diseño molecular establecido con un polímero que tiene una muy buena movilidad de portador de carga intrínseca, creemos que marcará una gran diferencia en la electrónica orgánica, ", dijo." Actualmente estamos desarrollando un método de fabricación versátil para realizar productos electrónicos de plástico de alto rendimiento y que se pueden pintar en varias escalas de longitud, desde nanómetros hasta metros ".

Kim cree que la técnica funcionará igualmente bien con puntas de bolígrafo a escala atómica o aplicadores grandes con forma de llana para fabricar dispositivos electrónicos de todos los tamaños, como pantallas LED o revestimientos absorbentes de luz para células solares.

El artículo se titula "Un principio de diseño molecular de polímeros conjugados cristalino líquido liotrópico con capacidad de alineación dirigida para electrónica plástica".