Un equipo de investigadores del Instituto de Carboquímica del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha dado un notable paso adelante en el desarrollo de dispositivos electrónicos eficientes y sostenibles. Han encontrado una combinación especial de dos nanomateriales extraordinarios que da como resultado un nuevo producto híbrido capaz de convertir la luz en electricidad y viceversa, más rápido que los materiales convencionales.
La investigación se publica en la revista Chemistry of Materials .
Este nuevo material consiste en un polímero conductor unidimensional llamado politiofeno, ingeniosamente integrado con un derivado bidimensional del grafeno conocido como óxido de grafeno. Las características únicas que exhibe este material híbrido son increíblemente prometedoras para mejorar la eficiencia de dispositivos optoelectrónicos, como pantallas de dispositivos inteligentes y paneles solares, entre otros.
El Dr. Wolfgang Maser, investigador principal del proyecto, explica:"A través de nuestra estrategia de síntesis, el polímero adopta una estructura particular como nanopartículas dispersables en agua, lo que favorece un contacto íntimo con las láminas de óxido de grafeno". Este contacto, a su vez, provoca modificaciones en el comportamiento eléctrico dentro del polímero, aumentando significativamente su eficiencia eléctrica.
La Dra. Ana Benito, investigadora codirectora del proyecto y líder junto con el Dr. Maser del grupo de Nanoestructuras y Nanotecnología de Carbono (G-CNN), dice:"Estábamos particularmente intrigados por las ventajosas propiedades ópticas, eléctricas y electrocrómicas del politiofeno. Si bien generó electricidad al iluminarse y emitió luz cuando se le proporcionó electricidad, su respuesta fue lenta."
"Después de haber estudiado exhaustivamente el óxido de grafeno, un nanomaterial derivado del grafeno que tiene propiedades únicas, es dispersable en agua y fácil de producir, el equipo planteó la hipótesis de que la combinación de los dos materiales superaría las limitaciones electrónicas inherentes del polímero", señala el Dr. Maser. .
"Nuestro concepto original era modificar el politiofeno, convirtiéndolo en pequeñas nanoesferas llamadas nanopartículas, que pudieran combinarse fácilmente con óxido de grafeno. Además, esta metodología nos permitió trabajar en dispersiones acuosas, algo sumamente desafiante con este tipo de polímeros", enfatiza Dr. Benito.
"Al principio no observamos ningún cambio en las propiedades electrónicas del material. Sin embargo, cuando lo analizamos en profundidad, descubrimos que los nuevos materiales facilitaban fenómenos inusuales de transporte rápido de electrones, tan rápido que inicialmente no pudimos rastrearlo. con las técnicas estándar."
La colaboración con investigadores de las Universidades de Murcia, Cartagena y Zaragoza fue clave para confirmar la relevancia de sus hallazgos.
Este descubrimiento innovador tiene importantes implicaciones para una amplia variedad de aplicaciones tecnológicas, incluida la fabricación de pantallas inteligentes flexibles, dispositivos electrónicos portátiles o papel electrónico altamente eficiente.
Eduardo Colom, autor principal del artículo que investiga los materiales híbridos en su doctorado. tesis, explica:"Los dispositivos construidos con este novedoso material exhibirían una eficiencia superior, un peso reducido, una mayor flexibilidad y una mayor sostenibilidad, todo gracias al uso de materiales respetuosos con el medio ambiente con excelentes propiedades eléctricas".
Además, este avance también podría aumentar la eficiencia de las células solares orgánicas al capturar una mayor cantidad de luz del sol de una manera más eficiente y rentable.
Los autores señalan además:"Es posible que podamos fabricar dispositivos electrónicos energéticamente más eficientes que consuman menos energía y al mismo tiempo proporcionen respuestas más rápidas. Estos hallazgos nos empujan hacia un futuro basado en una tecnología más avanzada y sostenible".
La síntesis de este nuevo material híbrido representa un paso importante hacia la sostenibilidad, ya que utiliza agua como disolvente, evitando el uso de productos químicos tóxicos habitualmente empleados en las metodologías actuales. Esto tiene el potencial de reducir el impacto ambiental asociado con la fabricación de dispositivos electrónicos.
Además, la estrategia de síntesis empleada podría extenderse a otros polímeros conductores, fomentando así importantes implicaciones en aplicaciones tecnológicas. Este hallazgo representa un logro importante en el diseño sostenible de nuevas arquitecturas para dispositivos optoelectrónicos de alto rendimiento.
El equipo de investigadores del grupo G-CNN se ha centrado en los últimos tiempos en la creación de nanomateriales altamente funcionales y sostenibles. Estos nanomateriales versátiles encuentran utilidad en una amplia gama de aplicaciones, que van desde la generación de energías limpias, como el hidrógeno verde, hasta la catálisis, el almacenamiento de energía o incluso la preservación del patrimonio, el desarrollo de (bio)sensores y el tratamiento de enfermedades.
Más información: Eduardo Colom et al, Óxido de grafeno:clave para la extracción eficiente de carga y la supresión del transporte polarónico en híbridos con nanopartículas de poli(3-hexiltiofeno), Química de materiales (2023). DOI:10.1021/acs.chemmater.3c00008
Información de la revista: Química de los Materiales
Proporcionado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas
