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Gran avance en polímeros conductores: un nuevo cristal polimérico conduce la electricidad como un metal. El descubrimiento supone un avance fundamental en la investigación de polímeros, ya que abre nuevas posibilidades para el desarrollo de una electrónica orgánica más eficiente.
Un equipo internacional de investigadores, entre los que se encuentran científicos de la Universidad Tecnológica de Dresde (TUD), ha desarrollado un innovador polímero conductor bidimensional: una forma especial y ordenada de polianilina (2DPANI) que presenta una conductividad eléctrica y un comportamiento de transporte de carga metálico excepcionales.
Los polímeros conductores como la polianilina, el politiofeno y el polipirrol son famosos por su excelente conductividad eléctrica y han surgido como prometedoras alternativas de bajo coste, ligeras y flexibles a los semiconductores y metales tradicionales. La importancia de estos materiales se consolidó en 2000 con la concesión del Premio Nobel de Química a Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid y Hideki Shirakawa por su revolucionario descubrimiento y desarrollo de polímeros conductores.
Este reconocimiento puso de relieve el potencial transformador de los polímeros en la ciencia y la tecnología modernas. A pesar de los importantes avances, estos materiales conducen principalmente electrones a lo largo de sus cadenas poliméricas. Sin embargo, la conductividad entre las cadenas o capas poliméricas sigue siendo limitada porque las moléculas no se conectan bien y las interacciones electrónicas son débiles.
Para resolver este problema, un equipo de investigación de la Universidad Técnica de Dresde y del Instituto Max Planck de Física de Microestructuras de Halle, en colaboración con socios internacionales, ha sintetizado y caracterizado un cristal de polianilina bidimensional multicapa (2DPANI).
"Este material presenta una conductividad excepcional, no sólo dentro de sus capas, sino también verticalmente a través de ellas. Es lo que llamamos transporte metálico de carga fuera del plano o conducción 3D. Se trata de un avance fundamental en la investigación de polímeros", explica Thomas Heine, Catedrático de Química Teórica de la Universidad Técnica de Dresde. Junto con su equipo de la Universidad Técnica de Dresde y el Centro de Comprensión de Sistemas Avanzados CASUS de Görlitz, primero simuló la estructura del polímero y calculó su carácter metálico.
Xinliang Feng y su equipo del Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) de la Universidad Técnica de Dresde y el Instituto Max Planck de Física de Microestructuras de Halle sintetizaron el nuevo polímero y realizaron estudios de transporte por corriente continua.
Estas mediciones muestran una conductividad anisotrópica de 16 S/cm en el plano y 7 S/cm fuera del plano, unos tres órdenes de magnitud más que los polímeros conductores lineales convencionales. Además, las mediciones a baja temperatura muestran que la conductividad fuera del plano aumenta a medida que disminuye la temperatura -un comportamiento característico de los metales-, lo que confirma las excepcionales propiedades metálicas de transporte eléctrico fuera del plano del material.
En el CIC nanoGUNE de San Sebastián se realizaron otras mediciones con microscopía de infrarrojos y de campo cercano de terahercios. Las mediciones revelaron una conductividad de corriente continua de unos 200 S/cm.
Este avance abre la posibilidad de conseguir una conductividad metálica tridimensional en materiales orgánicos y poliméricos sin metales. Esto abre nuevas y apasionantes perspectivas para aplicaciones en electrónica, blindaje electromagnético y tecnología de sensores. El polímero metálico podría servir como electrodo funcional en electroquímica y fotoelectroquímica, por ejemplo para la producción de hidrógeno.
Los resultados del estudio se han publicado recientemente en la revista científica "Nature".
