Un nuevo material sostenible podría revolucionar los dispositivos electrónicos

Un híbrido de dos nanomateriales –un polímero conductor llamado politiofeno y un derivado 2D del grafeno– es capaz de transformar la luz en electricidad y viceversa mucho más rápido que los materiales convencionales.

Por el Instituto de Carboquímica (ICB)

Un grupo de investigadores del Instituto de Carboquímica (ICB), del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha conseguido un avance importante en el desarrollo de dispositivos más eficientes y sostenibles. Se trata de una combinación especial de nanomateriales que origina un producto capaz de transformar la luz en electricidad y viceversa mucho más rápido que los materiales convencionales. El trabajo se ha publicado en la revista Chemistry of Materials.

“Hemos conseguido un híbrido de dos nanomateriales: un polímero conductor llamado politiofeno, en forma de nanopartículas 1D; y un nanomaterial 2D derivado del grafeno, el óxido de grafeno. Las propiedades únicas que presenta son muy prometedoras para mejorar la eficiencia de dispositivos optoelectrónicos, como las pantallas de dispositivos electrónicos y los paneles solares, entre otros”, señala Wolfgang Maser, investigador del ICB a cargo del proyecto.

El nuevo material a base de politiofeno y óxido de grafeno, iluminado con luz ultravioleta. Foto: ICB-CSIC

“Hemos encontrado que la estrategia de síntesis empleada para crear el nuevo material permite al polímero adoptar una estructura especial en forma de nanopartículas dispersables en agua, lo que favorece un contacto íntimo con las láminas de óxido de grafeno”, añade Maser. Este contacto, a su vez, genera cambios en el comportamiento eléctrico del material y lo hace más eficiente eléctricamente.

“Nos interesaba mucho el politiofeno porque tiene unas propiedades ópticas, eléctricas y electrocrómicas muy ventajosas. Cuando se ilumina, crea electricidad y cuando recibe electricidad, produce luz, pero lo hace de forma muy lenta”, añade Ana Benito, investigadora y líder, junto con Maser, del Grupo de Nanoestructuras de Carbono y Nanotecnología (G-CNN) del ICB. Este grupo de investigación lleva años estudiando el óxido de grafeno, un nanomaterial derivado del grafeno, con propiedades únicas, dispersable en agua y sencillo de producir. “Creímos que creando un material híbrido entre ambos podía solucionarse este problema”, apunta Benito.

Las nanopartículas de politiofeno se unen fácilmente al óxido de grafeno.

“Nuestra idea fue modificar el politiofeno convirtiéndolo en pequeñas esferas nanométricas, lo que denominamos nanopartículas, que se unen fácilmente al óxido de grafeno. Además, esta metodología permitía trabajar en medio acuoso, lo cual es muy difícil con este tipo de polímeros”, destaca Benito, quien reconoce que al principio no observaban ningún cambio en las propiedades electrónicas del material. “Sin embargo, al analizarlo en mayor profundidad, descubrimos que el nuevo material hace que la electricidad viaje tan rápido que no podíamos detectarlo con los procedimientos normales. La colaboración con investigadores de las universidades de Murcia, Cartagena y Zaragoza nos confirmó la relevancia de lo que habíamos encontrado”, subraya.

Una revolución tecnológica

Este descubrimiento tiene importantes implicaciones para diversas aplicaciones tecnológicas, como la fabricación de pantallas flexibles, dispositivos electrónicos portátiles y papel electrónico de alta eficiencia. Según Eduardo Colom, principal autor del artículo e investigador del G-CNN, “estos dispositivos serían más eficientes, ligeros, flexibles y sostenibles en comparación con los actuales, ya que se basarían en materiales amigables con el medio ambiente y con excelentes propiedades eléctricas”. Además, este desarrollo también podría mejorar la eficiencia de las células solares orgánicas, lo que permitiría una mayor captación de energía solar de forma más eficiente y económica. “Gracias a este nuevo avance, estaríamos hablando de la posibilidad de fabricar dispositivos energéticamente más eficientes, es decir, con menor consumo energético y de respuesta rápida. Todo ello nos acerca a un futuro con tecnología más sostenible y avanzada”, añade Colom.

Las propiedades únicas del nuevo material podría mejorar la eficiencia de los paneles solares. Foto: Ulleo

El nuevo material híbrido es, además, sostenible porque el proceso de síntesis empleado para crearlo utiliza agua como disolvente en lugar de sustancias químicas tóxicas, a diferencia de otros procedimientos que se emplean actualmente. Esto podría ayudar a reducir el impacto ambiental de la fabricación de dispositivos electrónicos. Además, esta estrategia de síntesis puede extenderse a otro tipo de polímeros conductores, con implicaciones en variedad de aplicaciones tecnológicas. El descubrimiento es, por tanto, de relevancia para el diseño sostenible de nuevas estructuras de dispositivos optoelectrónicos de alto rendimiento.

Compromiso con la generación sostenible de energía.

Los cinco investigadores que forman el G-CNN se han especializado en los últimos años en crear nanomateriales altamente funcionales y sostenibles medioambientalmente. Estos nanomateriales pueden emplearse para un gran número de aplicaciones, que van desde procesos relacionados con la obtención de energías limpias -como la producción de hidrógeno verde, la catálisis, o el almacenamiento de energía- hasta la conservación del patrimonio, la creación de (bio)sensores o el diagnóstico y tratamiento de enfermedades.

Estas investigaciones se realizan en el Instituto de Carboquímica, un centro del CSIC situado en Zaragoza de referencia internacional en la búsqueda de respuesta a los grandes retos sociales y tecnológicos actuales, como la generación sostenible de energía, la lucha contra el cambio climático y la contaminación, así como el desarrollo de nanomateriales, nanotecnología y nuevos sensores sostenibles.

• Información facilitada por el CSIC

• Referencia: Eduardo Colom, Javier Hernández-Ferrer, Alejandro Galán-González et al. Graphene Oxide: Key to Efficient Charge Extraction and Suppression of Polaronic Transport in Hybrids with Poly (3-hexylthiophene) Nanoparticles. Chemistry of Materials. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.3c00008