Ayudar a sacar el máximo partido a los COP al ritmo de la optoelectrónica
Los polímeros orgánicos conductores (COP, por sus siglas en inglés) poseen muchas de las propiedades útiles de los polímeros orgánicos, al tiempo que presentan conductividad eléctrica como los semiconductores, lo que los hace idóneos para una amplia gama de aplicaciones optoelectrónicas. Con el respaldo del programa Marie Skłodowska-Curie, el proyecto Tuning COPs se puso en marcha con el objetivo de promover el potencial de estos materiales mediante el calibrado de sus propiedades conductivas y ópticas.
Sacar partido de una paradoja única
Los electrones y los fotones son interdependientes. La absorción de luz (fotones) permite excitar los electrones hasta niveles de energía superiores. Cuando dichos electrones decaen hasta niveles energéticos más bajos, a menudo se emiten fotones. Por lo general, este proceso queda bien definido a partir de las configuraciones electrónicas de los materiales o de las moléculas y sus átomos. El poli(3,4-etilendioxitiofeno) (PEDOT) es un COP ampliamente estudiado. A diferencia de la mayoría de los conductores, opacos debido a que los mismos electrones libres que los convierten en buenos conductores favorecen asimismo la absorción de fotones, el PEDOT es un conductor transparente. En sus formas comerciales disponibles, incluidas las dopadas con el polímero sulfonato de poliestireno (PEDOT:PSS), el PEDOT puede mostrar fotoluminiscencia y conductividad eléctrica. Esto hace que sea útil para aplicaciones tales como pantallas, películas antiestáticas, células fotovoltaicas, circuitos impresos o sensores. Una forma de modificar estas propiedades consiste en añadir o quitar electrones (reducción u oxidación, respectivamente). Clara Viñas i Teixidor, profesora del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona y supervisora del proyecto, explica: «La fotoluminiscencia y la conductividad eléctrica de los materiales basados en el PEDOT dependen solo del método de deposición física y no es posible calibrarlas. Pretendemos explotar la aplicación de un potencial redox para calibrar tanto el polímero como el agente dopante».
Sin escatimar esfuerzos
La investigación de Viñas ha obtenido unos resultados impresionantes. Ha demostrado una manera sencilla y eficaz de alcanzar el calibrado centrándose en los cationes que acompañan a los aniones dopantes, lo que determina la estequiometría de los COP y, a su vez, influye en sus propiedades electroquímicas. Este resultado apareció en la portada de la revista «Chemistry – A European Journal». Mientras estudiaba el anhelado uso de metalacarboranos como aniones dopantes calibrables, Viñas descubrió además de manera fortuita su propiedad catalítica fotorredox y su aparente capacidad termoeléctrica. Los estudios experimentales y computacionales con los metalacarboranos ha dado lugar a artículos de investigación sobre la fotoluminiscencia de los metalacarboranos bivalentes y trivalentes.
Preparar el camino para futuras aplicaciones
«Ha sido alentador comprobar que, tras tantos años de investigación con los COP, algo tan trivial como el catión acompañante —a menudo considerado inocuo o con un estado de oxidación claro y predecible— permitía modificar la estequiometría del polímero conductor y alterar sus propiedades fisicoquímicas», señala Viñas. Lo que es más importante, esta capacidad para calibrar las propiedades de fotoluminiscencia y conductividad no puede darse en estos mismos polímeros con otros aniones dopantes y debería espolear los avances en aplicaciones como los diodos emisores de luz, los materiales electroluminiscentes y las células fotovoltaicas orgánicas, por mencionar algunas de ellas. Explotar las posibles propiedades termoeléctricas de estos materiales permitiría asimismo favorecer su uso en dispositivos de recuperación. Viñas concluye: «Los siguientes pasos implicarán hallar formas de producir los mismos materiales de un modo procesable. Este ha sido, y sigue siendo, el punto débil del desarrollo sostenible de estos materiales tan extremadamente atractivos. Superar esta barrera abrirá la puerta a enormes oportunidades de comercialización». Establecer colaboraciones con socios industriales podría garantizar un futuro brillante para el liderazgo europeo en el sector de los COP calibrables de cara a numerosas aplicaciones punteras.
Palabras clave
Tuning COPs, fotoluminiscencia, conductividad, polímeros orgánicos conductores (COP), electrones, poli(3,4-etilendioxitiofeno) (PEDOT), fotones, dopaje, aniones, metalacarboranos, fotorredox, termoeléctrico
