Electrónica Orgánica gracias a la química verde del fullereno

Los científicos del Centro Skoltech de Ciencia y Tecnología Energética (CEST) y del Instituto para Problemas de Física Química de la Academia Rusa de Ciencias han desarrollado un enfoque novedoso para preparar películas delgadas de fullereno semiconductor. El método permite la fabricación de electrónica orgánica sin utilizar solventes orgánicos tóxicos y costosas tecnologías de vacío, reduciendo así los riesgos ambientales y haciendo más accesible la electrónica orgánica. Los resultados de su estudio se publicaron en el Journal of Materials Chemistry C.

La electrónica orgánica proporciona a los fabricantes capacidades únicas inconcebibles en otras tecnologías. El peso ligero, la flexibilidad y el bajo costo de los semiconductores orgánicos, junto con sus propiedades adaptadas, abren amplias oportunidades para diseñar dispositivos económicos y eficientes para la tecnología de la Internet de las cosas (IO), la vigilancia de la salud en tiempo real, el control de la calidad de los alimentos y muchas otras aplicaciones.

Sin embargo, hay varios obstáculos para el uso comercial en gran escala de los semiconductores orgánicos, en particular los riesgos ambientales relacionados con la producción en masa de electrónica de semiconductores orgánicos mediante técnicas de revestimiento e impresión con un gran volumen de vapores de disolventes orgánicos tóxicos y peligrosos para el medio ambiente que se descargan en la atmósfera. Los métodos de vacío son respetuosos con el medio ambiente pero muy intensivos en energía, lo que da lugar a costes de producción mucho más elevados y a mayores emisiones de CO2 y otros gases de efecto invernadero en la generación de energía. La sustitución de compuestos orgánicos tóxicos, como el cloroformo, el tolueno o el 1,2-diclorobenceno, por disolventes seguros como el agua o los alcoholes puede ser un gran avance.

Una forma única de carbono, el fullereno C60, está representado por moléculas de forma similar a un balón de fútbol y que poseen una gran cantidad de propiedades notables, en particular por ser buenos semiconductores de tipo n. Sin embargo, como muchos otros semiconductores, es mayormente soluble en solventes orgánicos tóxicos (y a menudo clorados).

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Anteriormente, un equipo de investigación dirigido por el profesor Pavel Troshin de Skoltech demostró que los derivados del fullereno que contienen azufre se descomponen cuando se calientan ligeramente, produciendo fullereno inicial. En su trabajo reciente, los investigadores aprovecharon esta propiedad para obtener finas películas de fullereno a partir de soluciones acuosas.

«El objetivo de nuestro estudio era desarrollar un método para recubrir películas delgadas de fullereno a partir de soluciones acuosas o alcohólicas. De particular interés en este contexto son los derivados del fullereno que contienen azufre con grupos ionogénicos (amina o carboxílicos) que son fácilmente solubles en agua. Esto significa que se pueden utilizar soluciones acuosas de estos compuestos precursores como «tinta electrónica» y aplicarlos sobre un sustrato utilizando las técnicas de impresión y revestimiento existentes para obtener películas que sólo necesitan ser recocidas para obtener películas semiconductoras de fullereno de alta calidad», explica el primer autor del artículo y estudiante de doctorado de Skoltech, Artyom Novikov.

Las películas semiconductoras de fullereno obtenidas a partir de un compuesto precursor soluble en agua se utilizaron para fabricar transistores orgánicos de efecto de campo con movilidad de portadores de alta carga y sensores de gas que pueden detectar el analito (amoníaco) en concentraciones inferiores a 1 ppm.

Los resultados obtenidos en este estudio demuestran el gran potencial de los compuestos precursores solubles en agua para la producción ecológica de productos electrónicos orgánicos.

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