La revolución de los materiales “plásticos”. Los polímeros conductores; Shirakawa.

El 20 de agosto de 1936, nacía el químico y profesor universitario japonés Hideki Shirakawa (Tokio, Japón, 20 de agosto de 1936).

shirakawaEn el año 2000 recibió el premio Nobel de Química, galardón que compartió con sus compañeros de investigación Alan J. Heeger y Alan G. MacDiarmid, por el descubrimiento y desarrollo de los polímeros conductores.

Los polímeros (del griego poly: «muchos» y mero: «parte», «segmento») son macromoléculas (generalmenteorgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.

Los plásticos son sustancias químicas sintéticas denominadas polímeros, de estructura macromolecular que puede ser moldeada mediante calor o presión y cuyo componente principal es el carbono. Estos polímeros son grandes agrupaciones de monómeros unidos mediante un proceso químico llamado polimerización.

La mayoría de polímeros orgánicos producidos son excelentes aisladores eléctricos.

Shirakawa se graduó en 1961 en el Instituto de Tokio de la tecnología (TITech), del departamento de la ingeniería química en la escuela de la ciencia y de la ingeniería. Luego en 1966 recibió doctorado del departamento de la ingeniería química en la escuela graduada de la ciencia y de la ingeniería en TITech.

Obtuvo el puesto de ayudante en laboratorio químico de los recursos en TITech. Se convirtió en Investigador Post-doctoral en 1976 en la universidad de Pennsylvania, E.E.U.U. con la invitación de Alan Mac Diarmid.

Sus investigaciones en el campo de los campos de los polímeros, especialmente del acetileno, le llevaron al descubrimiento, cuando ocupaba la plaza de investigador asociado en el laboratorio de Química del Instituto Tecnológico de Tokio, de las propiedades conductoras de este material al ser contaminado con trazas de otras sustancias.

Demostró que dopando una película de poliacetileno (en este caso, oxidándola con vapor de yodo), su conductividad eléctrica aumentaba un millar de veces, comparable a la de los metales como el cobre y la plata. Las propiedades ópticas de los materiales también eran modificadas, ya que emitían luz.
shirakawaEn las largas cadenas de carbono que forman el poliacetileno sintetizado por Shirakawa en 1975, a partir de moléculas de acetileno, cada átomo de carbono portaba un electrón libre que permitía establecer una conducción de tipo metálico; aunque, debido a la distorsión espontánea que sufría la cadena polimérica para alcanzar la forma más estable, se trataba más bien de una semiconducción.

Posteriormente, se vio que la oxidación del poliacetileno con vapor de yodo aumentaba enormemente la conductividad de este polímero. Estos descubrimientos, en colaboración con los otros dos galardonados, supusieron un hito en el desarrollo tecnológico, al tratarse de materiales con múltiples aplicaciones prácticas y, a la vez, muy económicos y de sencilla producción.
Los descubrimientos de Shirakawa interesaron al químico neozelandés Alan G. MacDiarmid y al físico estadounidense Alan J. Heeger, con los que inició una fructífera relación científica e investigadora que dio como resultado la publicación conjunta del artículo Síntesis de polímeros orgánicos conductores de la electricidad: derivados halógenos del poliacetileno (CH) n, en el prestigioso Journal of Chemical Society en el verano de 1977, en el cual anunciaban el descubrimiento del poliacetileno.

shirakawa4Los polímeros industriales en general suelen ser malos conductores eléctricos, por lo que se emplean masivamente en la industria eléctrica y electrónica como materiales aislantes. Las baquelitas (resinas fenólicas) sustituyeron con ventaja a las porcelanas y el vidrio en el aparellaje de baja tensión hace ya muchos años; termoplásticos como el PVC y los PE, entre otros, se utilizan en la fabricación de cables eléctricos, llegando en la actualidad a tensiones de aplicación superiores a los 20 KV, y casi todas las carcasas de los equipos electrónicos se construyen en termoplásticos de magníficas propiedades mecánicas, además de eléctricas y de gran duración y resistencia al medio ambiente.

Las propiedades eléctricas de los polímeros industriales están determinadas principalmente, por la naturaleza química del material (enlaces covalentes de mayor o menor polaridad) y son poco sensibles a la microestructura cristalina o amorfa del material, que afecta mucho más a las propiedades mecánicas. Su estudio se acomete mediante ensayos de comportamiento en campos eléctricos de distinta intensidad y frecuencia.

Los polímeros conductores, casi todos orgánicos, presentan enlaces deslocalizados (con frecuencia en un grupo aromático) que forman una estructura similar a la del silicio. Cuando se aplica una tensión entre las dos bandas, aumenta la conductividad eléctrica: son, pues, transistores.

Casi todos los polímeros conductores son conocidos semiconductores gracias a su estructura en bandas, aunque algunos se comportan como metales conductores. La principal diferencia entre los polímeros conductores y semiconductores inorgánicos es la movilidad de los electrones, hasta hace poco, mucho menor en los polímeros conductores.

Los principales tipos de polímeros conductores orgánicos son los poliacetilenos, los polipirroles, los politiofenos, las polianilinas y el policloruro de paracresol fenileno (PVPP).

shirakawa2La principal ventaja de los polímeros es su facilidad de producción. Los polímeros conductores están hechos de sencillos plásticos y, por tanto, combinan la flexibilidad, la resistencia, elasticidad de los elastómeros con la conductividad de un metal o de un polímero híbrido dopado.

Pueden emitir luz mediante la aplicación de un tensión en una fina capa de un polímero conductor. Este descubrimiento permitió el desarrollo de pantallas ultra planas, tales como pantallas que utilizan OLEDs, energía solar o amplificadores ópticos.

Existen algunos polímeros conductores en el cuerpo de algunos mamíferos, lo que permitirá la transducción de la luz o el sonido en una señal eléctrica, por ejemplo, en la piel, en los ojos, el oído o el cerebro. Su conductividad parece permitir la absorción de la luz por la piel. La melanina, que pertenece a los poliacetilenos, tiene estas propiedades y sigue siendo una de las moléculas más prometedoras en este ámbito.

La flexibilidad, resistencia, elasticidad y la facilidad de producción de polímeros conductores, la han convertido en un área de investigación de la nanotecnología. Al igual que los procesadores actuales, se espera utilizar estos polímeros para crear circuitos a nivel molecular.

Anuncios

Publicado el 23 agosto, 2015 en Materiales, Química. Añade a favoritos el enlace permanente. Deja un comentario.

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s

A %d blogueros les gusta esto: