Politiofeno
Estructuras químicas de algunos polímeros conductores. Desde la parte superior izquierda en el sentido de las agujas del reloj: poliacetileno; polifenileno vinileno; polipirrol (X = NH) y politiofeno (X = S); y polianilina (X = NH) y polisulfuro de fenileno (X = S).
Los polímeros conductores o, más exactamente, los polímeros intrínsecamente conductores (PCI) son polímeros orgánicos que conducen la electricidad[1][2]. La mayor ventaja de los polímeros conductores es su procesabilidad, principalmente por dispersión. Los polímeros conductores no suelen ser termoplásticos, es decir, no son termoformables. Pero, al igual que los polímeros aislantes, son materiales orgánicos. Pueden ofrecer una alta conductividad eléctrica, pero no presentan propiedades mecánicas similares a las de otros polímeros disponibles en el mercado. Las propiedades eléctricas pueden ajustarse con los métodos de síntesis orgánica[3] y con técnicas de dispersión avanzadas[4].
La polianilina fue descrita por primera vez a mediados del siglo XIX por Henry Letheby, que investigó los productos de oxidación electroquímica y química de la anilina en medios ácidos. Observó que la forma reducida era incolora, pero las formas oxidadas eran de color azul intenso[5].
Polianilina
Los ganadores del Premio Nobel de Química de este año -Alan J. Heeger (Universidad de California en Santa Bárbara y fundador de Uniax Corp.), Alan G MacDiarmid (Universidad de Pensilvania) y Hideki Shirakawa (Universidad de Tsukuba)- pusieron de manifiesto este axioma con el descubrimiento y desarrollo de los polímeros conductores.
En la actualidad, los polímeros conductores y semiconductores han entrado en la corriente principal para usos que van desde las pantallas de los teléfonos móviles hasta la disipación de la estática en las películas fotográficas, los escudos contra la radiación electromagnética en los monitores de los ordenadores y las ventanas inteligentes que se auto-oscurecen.
La historia de los polímeros conductores comienza a principios de los años 70, cuando Shirakawa empezó a sintetizar poliacetileno para controlar su proporción de isómeros cis y trans. Un error de un estudiante -añadir 1000 veces más de catalizador- transformó el polímero negro en una película plateada.
Shirakawa identificó la película plateada como trans-polietileno y descubrió que la misma reacción catalítica a otra temperatura podía producir cis-polietileno de color cobre. El uso de la temperatura y la concentración del catalizador para controlar la estructura resultaría fundamental en el futuro.
Descubrimiento de los polímeros conductores
Imagen de STM en la que se aprecia el detalle de la estructura del C14DPPF-F — esta nueva técnica proporciona una resolución submolecular de la columna vertebral del polímero y la interdigitación de las cadenas laterales alquílicas. Las flechas blancas indican los huecos en la interdigitación de las cadenas alquílicas. Crédito: Universidad de Warwick
La capacidad de estos polímeros para conducir la electricidad los hace muy codiciados, pero hasta ahora también podían calificarse de extremadamente tímidos ante la cámara, ya que no había medios fáciles para determinar su estructura. La nueva técnica permite a los investigadores no sólo determinarla, sino verla claramente con sus propios ojos.
Los polímeros conjugados son capaces de conducir la electricidad porque son una cadena de moléculas conjugadas en las que los electrones pueden moverse libremente debido a sus orbitales p electrónicos superpuestos. En efecto, son excelentes cables moleculares. Además, son similares a los materiales semiconductores (tienen huecos de energía), por lo que pueden utilizarse para aplicaciones electrónicas (electrónica de plástico) y fotovoltaicas (células solares orgánicas).
Aplicaciones de los polímeros conductores
Aunque los polímeros orgánicos conjugados suelen considerarse materiales modernos, los primeros ejemplos de estos polímeros se remontan a principios del siglo XIX. La era moderna de estos polímeros comenzó con los primeros informes sobre su naturaleza conductora a principios de la década de 1960, pero los avances de la década de 1970 hicieron que se prestara especial atención a estos materiales con el primer ejemplo de conductividad metálica. El presente relato pretende ofrecer una visión general de la historia de estos polímeros desde sus primeros orígenes en 1834 hasta su rápido desarrollo a mediados de la década de 1980, centrándose principalmente en las especies madre polianilina, polipirrol, poliacetileno y politiofeno. Además, se analizará el desarrollo y el crecimiento de la literatura de referencia crítica, como el Manual.