Los investigadores aumentan la eficiencia de las tintas conductoras y los dispositivos que conectan escamas de materiales en capas con moléculas pequeñas
La exfoliación del grafito en capas de grafeno inspiró la investigación de miles de materiales estratificados: entre ellos, dicalcogenuros de metales de transición (TMD). Estos semiconductores se pueden utilizar para fabricar tintas conductoras para fabricar dispositivos electrónicos y optoelectrónicos impresos. Sin embargo, los defectos en su estructura pueden dificultar su desempeño. Ahora, los investigadores de Graphene Flagship han superado estos obstáculos al introducir ‘puentes moleculares’, pequeñas moléculas que interconectan las escamas de TMD, aumentando así la conductividad y el rendimiento general.
Los resultados, publicados en Nature Nanotechnology, provienen de una colaboración multidisciplinaria entre los socios de Graphene Flagship, la Universidad de Estrasburgo y CNRS, Francia, AMBER y Trinity College Dublin, Irlanda, y el Cambridge Graphene Centre, Universidad de Cambridge, Reino Unido. Los puentes moleculares empleados aumentan diez veces la movilidad del portador, un parámetro físico relacionado con la conductividad eléctrica.
Las tintas TMD se utilizan en muchos campos, desde la electrónica y los sensores hasta la catálisis y la biomedicina. Por lo general, se fabrican mediante exfoliación en fase líquida, una técnica desarrollada por Graphene Flagship que permite la producción en masa de grafeno y materiales en capas. Pero, aunque esta tecnología rinde grandes volúmenes de producto, tiene algunas limitaciones. El proceso de exfoliación puede crear defectos que afecten el desempeño del material en capas, particularmente cuando se trata de conducir electricidad.
Inspirado por la electrónica orgánica, el campo detrás de tecnologías exitosas como los diodos emisores de luz orgánicos (OLED) y las células solares de bajo costo, el equipo de Graphene Flagship encontró una solución: los puentes moleculares. Con estas estructuras químicas, los investigadores lograron matar dos pájaros de un tiro. Primero, conectaron escamas TMD entre sí, creando una red que facilita el transporte de carga y la conductividad. Los puentes moleculares se duplican como paredes, curando los defectos químicos en los bordes de las escamas y eliminando los huecos eléctricos que de otro modo promoverían la pérdida de energía.
Además, los puentes moleculares brindan a los investigadores una nueva herramienta para adaptar la conductividad de las tintas TMD a pedido. Si el puente es una molécula conjugada, una estructura con dobles enlaces o anillos aromáticos, la movilidad del portador es mayor que cuando se utilizan moléculas saturadas, como los hidrocarburos. «La estructura del puente molecular juega un papel clave», explica Paolo Samorì, del socio insignia de Graphene de la Universidad de Estrasburgo, Francia, que dirigió el estudio. «Utilizamos moléculas llamadas di-tioles, que se pueden comprar fácilmente en el catálogo de cualquier proveedor de productos químicos», añade. Su diversidad estructural disponible abre un mundo de posibilidades para regular la conductividad, adaptándola a cada aplicación específica. «Los puentes moleculares nos ayudarán a integrar muchas funciones nuevas en dispositivos basados en TMD», continúa Samorì.
Maria Smolander, líder del paquete de trabajo insignia de grafeno para electrónica flexible, agrega: «Este trabajo es de gran importancia como un paso crucial hacia la explotación completa de métodos de fabricación basados en soluciones como la impresión en electrónica flexible. El uso de puentes enlazados covalentemente mejora tanto las propiedades estructurales y eléctricas de las capas delgadas basadas en escamas TMD «.
Andrea C. Ferrari, Oficial de Ciencia y Tecnología del Graphene Flagship y Presidente de su Panel de Gestión, agrega: «El Graphene Flagship fue pionero tanto en la exfoliación en fase líquida como en la impresión por inyección de tinta de grafeno y materiales en capas. Estas técnicas pueden producir y manejar grandes volúmenes de materiales . Este papel es un paso clave para hacer que los materiales semiconductores en capas estén disponibles para la electrónica impresa, flexible y portátil, y una vez más impulsa el estado de la técnica «.
Fuente: Graphene Flagship . Original escrito por Fernando Gomollón-Bel.
