Cient\u00edficos brasile\u00f1os ya dominan una de las \u00e1reas m\u00e1s promisorias de la tecnolog\u00eda de materiales: la de los pol\u00edmeros conductores y semiconductores, tambi\u00e9n llamados metales sint\u00e9ticos. Esos pl\u00e1sticos que conducen electricidad – y cuyo descubrimiento les report\u00f3 a tres cient\u00edficos el Premio Nobel de Qu\u00edmica de 2000 – est\u00e1n destinados a convertirse en una de las principales materias primas de componentes de aparatos y dispositivos electr\u00f3nicos.<\/p>\n
Para develar su potencial, un grupo de investigadores trabaja en el proyecto tem\u00e1tico\u00a0Polianilina y Poli (p-Fenileno Vinileno) como Elementos Activos de Dispositivos Electr\u00f3nicos y Optoelectr\u00f3nicos<\/em>, financiado por la FAPESP. Coordinado por Roberto Mendon\u00e7a Faria, del Instituto de F\u00edsica de San Carlos de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IFSC-USP), el proyecto cuenta con la participaci\u00f3n de la Escuela Polit\u00e9cnica y de la Facultad de Ciencias y Letras de Ribeir\u00e3o Preto, ambas de la USP.<\/p>\n El profesor Faria pertenece al Grupo de Pol\u00edmeros Bernhard Gross (GPBG), que hace m\u00e1s de 20 a\u00f1os investiga las propiedades el\u00e9ctricas y f\u00edsicoqu\u00edmicas de materiales polim\u00e9ricos y, desde el inicio de los a\u00f1os 90, estudia pol\u00edmeros conjugados (conductores y semiconductores). El GPBG, que colabor\u00f3 con uno de los ganadores del Nobel de Qu\u00edmica de 2000 – el estadounidense Alan G. MacDiarmid, con quien Faria public\u00f3 trabajos en conjunto -, domina desde la s\u00edntesis de esos pol\u00edmeros electr\u00f3nicos hasta la fabricaci\u00f3n de dispositivos (transistores, diodos emisores de luz, etc.), pasando por la tecnolog\u00eda de producci\u00f3n y caracterizaci\u00f3n de pel\u00edculas org\u00e1nicas ultradelgadas. Entre las posibles aplicaciones de esos dispositivos se encuentran la fabricaci\u00f3n de las pantallas planas para televisores y monitores, en reemplazo del centenario tubo de rayos cat\u00f3dicos, y el uso de dispositivos org\u00e1nicos en medicina.<\/p>\n Qu\u00edmica muda F\u00edsica El descubrimiento se produjo por accidente. El asistente chino de Shirakawa realizaba la s\u00edntesis del poliacetileno, pol\u00edmero simple formado por carbono e hidr\u00f3geno. Como no entend\u00eda bien japon\u00e9s, acab\u00f3 equivoc\u00e1ndose al seguir la ruta dada por su jefe Shirakawa. En lugar del resultado esperado – un polvo para infusi\u00f3n -, el asistente produjo una extra\u00f1a pel\u00edcula polim\u00e9rica.<\/p>\n Intrigado con aquel material de brillo met\u00e1lico, Shirakawa trat\u00f3 de guardarlo cuidadosamente. Tiempo despu\u00e9s, no hesit\u00f3 en mostr\u00e1rselo a MacDiarmid, que estaba de paso en Jap\u00f3n. Se iniciaba as\u00ed una sociedad que resultar\u00eda en una nueva l\u00ednea de investigaci\u00f3n, hoy seguida en muchos pa\u00edses. Por invitaci\u00f3n de MacDiarmid, Shirakawa fue a Pensilvania, y ambos, junto con Heeger, empezaron a investigar las propiedades fisicoqu\u00edmicas del poliacetileno.<\/p>\n Dopaje qu\u00edmico Los pol\u00edmeros conductores hace a\u00f1os que atraen a los cient\u00edficos, que enseguida les encontraron aplicaciones. La primera de ellas fue el revestimiento de un avi\u00f3n indetectable por los radares, el caza norteamericano F-117 Stealth, usado en la Guerra del Golfo. Otra fue el blindaje de equipamientos electr\u00f3nicos.Contrariamente a lo que se pensaba, no fue la alta condutibilidad, sino las propiedades semiconductoras – obtenidas por la interrupci\u00f3n del proceso de dopaje ya en la fase inicial – que aumentaron el potencial de mercado de dichos pol\u00edmeros. Debido a sus propiedades optoelectr\u00f3nicas – conducen la electricidad y tambi\u00e9n emiten luz cuando son estimulados por medio de corriente el\u00e9ctrica o radiaci\u00f3n luminosa -, prometen ser las estrellas de la electr\u00f3nica del siglo XXI.<\/p>\n Arco iris La primera consiste en la producci\u00f3n de las pel\u00edculas, que empieza con la s\u00edntesis de los pol\u00edmeros, coordinada por la qu\u00edmica D\u00e9bora Tereza Balogh. Ella trabaja con el pol\u00edmero b\u00e1sico poliparafenileno, que es sometido a las reacciones qu\u00edmicas necesarias para ser m\u00e1s o menos conductor. Es tambi\u00e9n por medio sustitucionesqu\u00edmicas que el mismo adquiere varias colores, de acuerdo con la elecci\u00f3n de los grupos laterales de las cadenas.<\/p>\n Diluida en solvente en un tubo de ensayo, la materia prima ya muestra un bonito efecto luminescente: basta encender una luz o hacer pasar una corriente el\u00e9ctrica para que el l\u00edquido brille como una l\u00e1mpara. Eso ocurre porque la estructura de los materiales semiconductores polim\u00e9ricos contienen “centros” en donde los portadores, positivos y negativos, se “localizan”. En esos “centros” se produce una recombinaci\u00f3n entre los portadores negativos (electrones) y los positivos (agujeros), en un proceso denominado transici\u00f3n electr\u00f3nica.<\/p>\n Dicha transici\u00f3n resulta en la liberaci\u00f3n de energ\u00eda en forma de luz. Los colores emitidos – rojo, anaranjado, amarillo y azul – var\u00edan seg\u00fan el pol\u00edmero fabricado o el derivado a partir de grupos laterales sustituidos. En el laboratorio de qu\u00edmica de GPBG, alumnos de maestr\u00eda y doctorado investigan nuevos productos y nuevas rutas de s\u00edntesis con el objetivo de obtener el m\u00e1ximo de colores del arco iris.<\/p>\n Fin\u00edsimo y as\u00e9ptico Empero el trabajo exija caros equipamientos de punta – una cuba Langmuir-Blodgett con sus accesorios puede costar hasta 60 mil d\u00f3lares -, la producci\u00f3n sigue un principio simple. En contacto con el agua, el pol\u00edmero diluido se esparce por la superficie en una fina pel\u00edcula, como si fuera aceite en suspensi\u00f3n. El equipamiento permite controlar todas las condiciones necesarias para formaci\u00f3n del film, as\u00ed como sus dimensiones. De ese modo la pel\u00edcula es trasladada a un sustrato – l\u00e1mina de vidrio u otro material que permita una adhesi\u00f3n perfecta -, condici\u00f3n indispensable para las etapas subsiguientes.<\/p>\n Para que salga bien, esa delicada operaci\u00f3n tiene que hacerse en un ambiente totalmente controlado. Si no fuera por los equipos, la “sala limpia”, como se lo llama al laboratorio, se confundir\u00eda con un quir\u00f3fano. “El agua usada en las cubas es superpurificada y cualquier ‘tierrita’ puede comprometer el trabajo de todo un d\u00eda”, explica Jos\u00e9 Alberto Giacometti, investigador del GPBG. Por eso los cient\u00edficos trabajan debidamente vestidos, con overol, capucha, m\u00e1scara y pantuflas.<\/p>\n Ex\u00e1menes y productos De esa manera, la pel\u00edcula est\u00e1 lista para su uso en la producci\u00f3n de los dispositivos,realizada en colaboraci\u00f3n con la Escuela Polit\u00e9cnica, donde el f\u00edsico Adnei Andrade coordina el trabajo. Especializado en ingenier\u00eda el\u00e9ctrica con trabajos publicados en revistas internacionales, Andrade ya ha construido diversos dispositivos emisores de luz (LEDs), transistores por efecto de campo y diodos fotovoltaicos.<\/p>\n El desarrollo de dichos dispositivos ayuda a los investigadores a entender mejor los mecanismos electr\u00f3nicos involucrados para poder otimizarlos. Pero ese\u00a0know-how<\/em>, en especial para la confecci\u00f3n de displays, tiene grandes posibilidades de derivar en un producto comercial, asegura Andrade.<\/p>\n Varias publicaciones “Brasil ya no pasa m\u00e1s desapercibido en el escenario internacional”, destaca Faria. Tanto es as\u00ed que, en una de las mencionadas conferencias, realizada hace cerca de diez a\u00f1os, qued\u00f3 establecida una estrecha colaboraci\u00f3n entre el GPBG y MacDiarmid. La primera visita de Faria a la Universidad de Pensilvania, en 1990, fue fundamental para la asociaci\u00f3n que redund\u00f3 en la publicaci\u00f3n de varios trabajos. El \u00faltimo de estos, que le represent\u00f3 el doctorado a Jos\u00e9 Eduardo Albuquerque, y que cont\u00f3 con la participaci\u00f3n de otros dos brasile\u00f1os – Luiz Henrique Mattoso y D\u00e9bora Terezinha Balogh -, fue fundamental para la secuencia de investigaciones del grupo sobre polianilinas.<\/p>\n El entonces doctorando Luiz Mattoso, directamente dirigido por MacDiarmid, trajo a Brasil el m\u00e9todo de s\u00edntesis de polianilinas, que reemplazaron con ventajas a los pol\u00edmeros utilizados hasta ahora. Las polianilinas, m\u00e1s estables en contacto con el medio ambiente, son m\u00e1s f\u00e1cilmente sintetizadas y procesadas.En la visita que MacDiarmid efectu\u00f3 a los laboratorios del IFSC, Faria confirm\u00f3 la impresi\u00f3n que ten\u00eda acerca del cient\u00edfico: “Es un hombre con una energ\u00eda y una capacidad de trabajo fuera de lo com\u00fan. Por eso lograr sacarles el m\u00e1ximo a sus alumnos y dejarlos siempre exhaustos, pero es siempre tan gentil que nadie consigue negarle un pedido”,\u00a0completa.<\/p>\n TVs y computadoras menores<\/strong><\/p>\n Los investigadores del GPBG enumeran las muchas aplicaciones de los pol\u00edmeros semiconductores. Al ser capaces de convertir electricidad en luz sin generar calor – la llamada luz fr\u00eda -, son ideales para la construcci\u00f3n de dispositivos luminosos de advertencia, como los llamados LEDs (light emitting diodes<\/em>, o diodos emisores de luz), utilizados en tableros de instrumental de autom\u00f3viles, por ejemplo. “Mejorando su eficiencia en la emisi\u00f3n de luz, dichos materiales podr\u00e1n usarse incluso en la iluminaci\u00f3n de \u00e1reas mayores, reemplazando a las actuales l\u00e1mparas”, asegura Faria.<\/p>\n Otro campo de aplicaci\u00f3n son las pinturas: en lugar de las resinas polim\u00e9ricas comunes, las mismas podr\u00edan contener resinas luminescentes, por ejemplo. “De esa manera, se puede obtener una pintura para paredes que emita luz”, agrega el investigador. Los pol\u00edmeros, maleables, pueden inyectarse, soplarse o usarse como revestimiento bajo forma de filmes o pel\u00edculas ultradelgadas, que son precisamente el foco de la investigaci\u00f3n de GPBG. Esas pel\u00edculas tambi\u00e9n se estudian para la fabricaci\u00f3n de las pantallas planas de televisores, que permiten transformar los aparatos en una especie de cuadro, que se cuelga en la pared.<\/p>\n A\u00fan existen obst\u00e1culos para hacer que esos televisores sean comercialmente viables, como la definici\u00f3n y la velocidad de la imagen, pero Faria recuerda que grandes empresas del sector invierten en investigaci\u00f3n para superarlos. Un ejemplo de ello es la Dupont, una de las mayores en el \u00e1rea de pol\u00edmeros, que compr\u00f3 a Uniax – empresa creada por Heeger en la Universidad de Santa B\u00e1rbara – para producir LEDs y pantallas planas. Philips tambi\u00e9n est\u00e1 comprando una empresa generada en la Universidad de Cambridge (Inglaterra), y Sony invierte en productos originados en la Universidad de Nagoya (Jap\u00f3n).<\/p>\n Como desdoblamiento de ello, tambi\u00e9n las computadoras van a ser mucho menos voluminosas y m\u00e1s baratas: las pantallas planas abaratar\u00e1n el precio de los monitores, que actualmente representan cerca del 50% del costo de los aparatos. En el caso de los\u00a0notebooks<\/em>, podr\u00edan ser perfeccionados, con la eliminaci\u00f3n del efecto provocado por la emisi\u00f3n de luz directa, que hace que se pierda el foco de la imagen seg\u00fan el \u00e1ngulo de visi\u00f3n. Otra aplicaci\u00f3n importante son los visores o\u00a0displays<\/em>, como los de los tel\u00e9fonos celulares.<\/p>\n Y la medicina ya augura importantes avances basados en los pol\u00edmeros, que se prestan para la fabricaci\u00f3n de implantes tales como los marcapasos o para reconstituci\u00f3n de m\u00fasculos que perdieron la capacidad de movimiento. “Como son materiales org\u00e1nicos, ofrecen menos riesgo de rechazo “, concluye Faria.<\/p>\n EL PROYECTO
\n<\/strong>Hasta mediados de los a\u00f1os 70, nadie se arriesgaba a aventurar a que alg\u00fan compuesto org\u00e1nico fuera buen conductor de electricidad. El descubrimiento, que sacudi\u00f3 conceptos del mundo dela f\u00edsica de la materia condensada surgi\u00f3 en un laboratorio de qu\u00edmica. Los responsables de ese giro – los qu\u00edmicos Alan G. MacDiarmid, de la Universidad de Pensilvania (Estados Unidos), y Hideki Shirakawa, de la Universidad de Tsukuba (Jap\u00f3n), junto al f\u00edsico estadounidense Alan J. Heeger, de la Universidad de Santa B\u00e1rbara – recibieron el Nobel de Qu\u00edmica de 2000. “Una prueba de que la ciencia no vive en un solo lugar”, recuerda Adnei Melges Andrade, profesor de la Polit\u00e9cnica que participa en el proyecto.<\/p>\n
\n<\/strong>Al develar el misterio de aquella pel\u00edcula, ellos se vieron ante una nueva t\u00e9cnica, capaz de transformar un material originariamente aislante en un excelente conductor de la electricidad. Conocido como dopaje qu\u00edmico, este procedimiento es muy sencillo: mol\u00e9culas de \u00e1cido – llamadas mol\u00e9culas dopantes – son inyectadas en el pol\u00edmero e intercambian cargas el\u00e9ctricas con sus mol\u00e9culas. “El m\u00e9todo es reversible, es decir, puede doparse y desdoparse el material, lo que permite el total control del grado de conductibilidad que se pretende alcanzar”, explica Roberto Faria.<\/p>\n
\n<\/strong>El objetivo mayor es, con el apoyo de empresas de tecnolog\u00eda, implementar un prototipo de l\u00ednea de producci\u00f3n de los dispositivos en los laboratorios involucrados. Los investigadores ya dominan todo el proceso de s\u00edntesis y fabricaci\u00f3n de las pel\u00edculas polim\u00e9ricas ultradelgadas. Otra etapa de las investigaciones, coordinada por Adnei Andrade, est\u00e1 llev\u00e1ndose adelante en el laboratorio de microelectr\u00f3nica de la Polit\u00e9cnica: parte de la confecci\u00f3n y caracterizaci\u00f3n de dispositivos como transistores, diodos y c\u00e9lulas solares. El proyecto tiene tres etapas.<\/p>\n
\n<\/strong>Despu\u00e9s de la s\u00edntesis, viene la confecci\u00f3n de la pel\u00edcula. Existen varios m\u00e9todos para ello. En los laboratorios del GPBG se dispone de, desde m\u00e9todos de producci\u00f3n de filmes de estructura desordenada, hasta aquellos cuya estructura tiene un alto grado de ordenamiento molecular. El m\u00e1s sofisticado es el m\u00e9todo Langmuir-Blodgett, que permite producir pel\u00edculas del espesor de una capa molecular, es decir, de algunos nan\u00f3metros o millon\u00e9simas de mil\u00edmetros. Ese espesor monomolecular es suficiente para otorgarle al material las propiedades optoelectr\u00f3nicas deseadas.<\/p>\n
\n<\/strong>Las pel\u00edculas producidos pasan entonces por una bater\u00eda de ex\u00e1menes. La estructura molecular es caracterizada en el laboratorio de microscop\u00eda del GPBG, equipado con microscopios electr\u00f3nico (SEM) y de fuerza at\u00f3mica (AFM), que alcanzan una resoluci\u00f3n de 0,1 nan\u00f3metro. Tambi\u00e9n se realizan estudios \u00f3pticos de los materiales, coordinados por el especialista en fotoluminescencia Francisco E. G. Guimar\u00e3es, e investigaciones sobre sus propiedades magn\u00e9ticas en el laboratorio de Carlos F. O. Graeff,en la Facultad de Filosof\u00eda, Ciencias y Letras de Ribeir\u00e3oPreto.<\/p>\n
\n<\/strong>En los \u00faltimos cinco a\u00f1os, el GPBG produjo alrededor de 50 art\u00edculos internacionales sobre pol\u00edmeros conductores y semiconductores, m\u00e1s all\u00e1 de trabajos presentados en congresos y simposios. En la \u00faltima Conferencia Internacional sobre Ciencia y Tecnolog\u00eda de Metales Sint\u00e9ticos (International Conference on\u00a0Science<\/em> and Technology of Synthetic Metals<\/em>), realizada en julio en la ciudad austr\u00edaca de Badgastein, cerca de 30 de los mil trabajos fueron de brasile\u00f1os, de los duales 20 eran del GPBG.<\/p>\n
\n<\/strong>Polianilina y Poli (p-Fenileno Vinileno) como Elementos Activos de Dispositivos Electr\u00f3nicos y Optoelectr\u00f3nicos<\/em>
\nModalidad<\/strong>
\nProyecto tem\u00e1tico
\nCoordinador<\/strong>
\nRoberto Mendon\u00e7a Faria – Instituto de F\u00edsica de San Carlosde la Universidad de S\u00e3o Paulo
\nInversi\u00f3n<\/strong>
\nR$ 150.000,00 y US$ 110.000,00<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Brasile\u00f1os dominan la nova \u00e1rea de la tecnolog\u00eda de materiales que alcanz\u00f3 el Premio Nobel de Qu\u00edmica de 2000","protected":false},"author":6,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[],"coauthors":[93],"class_list":["post-73276","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/73276","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/6"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=73276"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/73276\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=73276"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=73276"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=73276"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=73276"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}