Los investigadores hacen avances hacia un nuevo nanomaterial ecológico que podría revolucionar los dispositivos electrónicos.

20 de julio de 2023

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por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas

Un equipo de investigadores del Instituto de Carboquímica del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España ha logrado un avance notable en el desarrollo de dispositivos electrónicos eficientes y sostenibles. Han encontrado una combinación especial de dos extraordinarios nanomateriales que resulta en 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 de grafeno conocido como óxido de grafeno. Las características únicas exhibidas por este material híbrido ofrecen una increíble promesa para mejorar la eficiencia de los dispositivos optoelectrónicos, como pantallas de dispositivos inteligentes y paneles solares, entre otros.

El Dr. Wolfgang Maser, el 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, conduce a modificaciones en el comportamiento eléctrico dentro del polímero, aumentando significativamente su eficiencia eléctrica.

La Dra. Ana Benito, co-investigadora principal del proyecto y liderando junto con el Dr. Maser del grupo de Nanoestructuras de Carbono y Nanotecnología (G-CNN), dice: "Nos intrigaron especialmente las ventajosas propiedades ópticas, eléctricas y electrocrómicas del politiofeno. Mientras generaba electricidad al ser iluminado y emitía luz cuando se le proporcionaba electricidad, su respuesta era lenta".

"Habiendo estudiado extensamente 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 podrían combinarse fácilmente con el óxido de grafeno. Además, esta metodología nos permitió trabajar en dispersiones acuosas, algo extremadamente desafiante con este tipo de polímeros", enfatiza la Dra. Benito.

"Inicialmente, no observamos cambios en las propiedades electrónicas del material. Sin embargo, cuando lo analizamos en profundidad, encontramos que los nuevos materiales facilitaban fenómenos de transporte de electrones rápidos e inusuales, tan rápidos que inicialmente no pudimos seguirlo con las técnicas estándar", explica el Dr. Maser.

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 implicaciones significativas para una amplia variedad de aplicaciones tecnológicas, incluida la fabricación de pantallas flexibles inteligentes, dispositivos electrónicos portátiles o papel electrónico altamente eficiente.

Eduardo Colom, autor principal del artículo que investiga los materiales híbridos en su tesis doctoral, explica: "Los dispositivos construidos con este nuevo material novedoso 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 propiedades eléctricas sobresalientes".

Además, este avance también podría mejorar la eficiencia de las células solares orgánicas al capturar una mayor cantidad de luz solar de manera más eficiente y rentable.

Los autores señalan además: "Podríamos lograr dispositivos electrónicos con mayor eficiencia energética que consuman menos energía y proporcionen respuestas más rápidas. Estos hallazgos nos impulsan hacia un futuro basado en una tecnología más avanzada y sostenible".

La síntesis de este nuevo material híbrido representa un paso significativo hacia la sostenibilidad, ya que se basa en agua como solvente, evitando el uso de productos químicos tóxicos que se emplean normalmente en las metodologías actuales. Esto tiene el potencial de reducir el impacto ambiental asociado con la fabricación de dispositivos electrónicos.

Moreover, the synthesis strategy employed could be extended to other conductive polymers, thereby fostering important implications in technological applications. This finding represents an important achievement in the sustainable design of new architectures for high-performance optoelectronic devices.

The team of researchers of the G-CNN group has focused in recent times on creating highly functional and sustainable nanomaterials. These versatile nanomaterials find utility in a wide array of applications, ranging from the generation of clean energies, such as green hydrogen, to catalysis, energy storage or even heritage preservation, (bio)sensor development, and disease treatment.

Journal information: Chemistry of Materials

Provided by Spanish National Research Council