Uma equipa de investigadores do Instituto de Carboquímica do Conselho Nacional de Investigação Espanhol (CSIC) deu um passo notável no desenvolvimento de dispositivos electrónicos eficientes e sustentáveis. Eles encontraram uma combinação especial de dois nanomateriais extraordinários que resulta com sucesso num novo produto híbrido capaz de transformar luz em eletricidade, e vice-versa, mais rapidamente do que os materiais convencionais.



A pesquisa foi publicada na revista Chemistry of Materials .

Este novo material consiste em um polímero condutor unidimensional chamado politiofeno, engenhosamente integrado a um derivado bidimensional do grafeno conhecido como óxido de grafeno. As características únicas exibidas por este material híbrido são uma promessa incrível para melhorar a eficiência de dispositivos optoeletrônicos, como telas de dispositivos inteligentes e painéis solares, entre outros.

Wolfgang Maser, pesquisador principal do projeto, explica:“Através de nossa estratégia de síntese, o polímero adota uma estrutura particular como nanopartículas dispersíveis em água, o que favorece um contato íntimo com as folhas de óxido de grafeno”. Esse contato, por sua vez, leva a modificações no comportamento elétrico do polímero, aumentando significativamente sua eficiência elétrica.

Ana Benito, co-pesquisadora principal do projeto, e liderando ao lado do Dr. Maser do grupo de Nanoestruturas e Nanotecnologia de Carbono (G-CNN), diz:"Ficamos particularmente intrigados com as vantajosas propriedades ópticas, elétricas e eletrocrômicas do politiofeno Embora gerasse eletricidade quando iluminado e emitisse luz quando alimentado com eletricidade, sua resposta era lenta."

"Tendo estudado extensivamente o óxido de grafeno - um nanomaterial derivado do grafeno que possui propriedades únicas, é dispersível em água e fácil de produzir - a equipe levantou a hipótese de que a combinação dos dois materiais superaria as limitações eletrônicas inerentes ao polímero", aponta o Dr. .

“Nosso conceito original era modificar o politiofeno, transformando-o em pequenas nanoesferas chamadas nanopartículas, que pudessem ser facilmente combinadas com óxido de grafeno. Além disso, essa metodologia nos permitiu trabalhar em dispersões aquosas, algo extremamente desafiador com esse tipo de polímero”, enfatiza. Dr.

"Inicialmente, não observamos nenhuma mudança nas propriedades eletrônicas do material. No entanto, quando analisamos em profundidade, descobrimos que os novos materiais facilitavam fenômenos incomuns de transporte rápido de elétrons, tão rápido que inicialmente não fomos capazes de rastreá-lo com as técnicas padrão."

A colaboração com investigadores das Universidades de Múrcia, Cartagena e Saragoça foi fundamental para confirmar a relevância das suas descobertas.

Uma revolução tecnológica

Esta descoberta inovadora tem implicações significativas para uma ampla variedade de aplicações tecnológicas, incluindo a fabricação de telas flexíveis inteligentes, dispositivos eletrônicos portáteis ou papel eletrônico altamente eficiente.

Eduardo Colom, principal autor do artigo que investiga os materiais híbridos em seu doutorado. tese, explica:"Dispositivos construídos com este novo material apresentariam eficiência superior, peso reduzido, maior flexibilidade e maior sustentabilidade, tudo graças ao uso de materiais ecológicos com excelentes propriedades elétricas."

Além disso, este avanço também poderia aumentar a eficiência das células solares orgânicas, capturando uma maior quantidade de luz do sol de uma forma mais eficiente e económica.

Os autores apontam ainda:"Podemos ser capazes de fabricar dispositivos eletrônicos energeticamente mais eficientes, que consumam menos energia e, ao mesmo tempo, forneçam respostas mais rápidas. Essas descobertas nos empurram em direção a um futuro baseado em uma tecnologia mais avançada e sustentável".

Um compromisso com a sustentabilidade

A síntese deste novo material híbrido representa um passo significativo em direção à sustentabilidade, pois utiliza a água como solvente, evitando o uso de produtos químicos tóxicos normalmente empregados nas metodologias atuais. Isto tem o potencial de reduzir o impacto ambiental associado à fabricação de dispositivos eletrônicos.

Além disso, a estratégia de síntese empregada poderia ser estendida a outros polímeros condutores, promovendo assim importantes implicações em aplicações tecnológicas. Esta descoberta representa uma conquista importante no design sustentável de novas arquiteturas para dispositivos optoeletrônicos de alto desempenho.

A equipa de investigadores do grupo G-CNN tem-se concentrado nos últimos tempos na criação de nanomateriais altamente funcionais e sustentáveis. Estes nanomateriais versáteis encontram utilidade numa vasta gama de aplicações, desde a geração de energias limpas, como o hidrogénio verde, até à catálise, armazenamento de energia ou mesmo preservação de património, desenvolvimento de (bio)sensores e tratamento de doenças.

Mais informações: Eduardo Colom et al, Óxido de Grafeno:Chave para Extração Eficiente de Carga e Supressão de Transporte Polarônico em Híbridos com Nanopartículas de Poli (3-hexiltiofeno), Química de Materiais (2023). DOI:10.1021/acs.chemmater.3c00008
Informações do diário: Química de Materiais

Fornecido pelo Conselho Nacional de Pesquisa Espanhol