Científicos de la Universidad de Chicago han descubierto una forma de crear un material que se puede fabricar como un plástico, pero que conduce la electricidad más como un metal. La investigación, publicada el 26 de octubre en Nature, muestra cómo fabricar un tipo de material en el que los fragmentos moleculares están revueltos y desordenados, pero que aún pueden conducir la electricidad extremadamente bien.
Esto va en contra de todas las reglas que conocemos sobre la conductividad. Pero el hallazgo también podría ser extraordinariamente útil; si se desea inventar algo revolucionario, el proceso a menudo comienza con el descubrimiento de un material completamente nuevo.
«Es casi como Play-Doh conductivo: puedes aplastarlo en su lugar y conduce la electricidad«
«En principio, esto abre el diseño de toda una nueva clase de materiales que conducen la electricidad, son fáciles de moldear y muy robustos en las condiciones cotidianas«, asegura John Anderson, profesor asociado de química en la Universidad de Chicago y el autor principal del estudio. «Esencialmente, sugiere nuevas posibilidades para un grupo tecnológico de materiales extremadamente importante«, según el doctor Jiaze Xie, primer autor del artículo.
Los materiales conductores son absolutamente esenciales si está fabricando cualquier tipo de dispositivo electrónico, ya sea un teléfono inteligente, un panel solar o un televisor. Con mucho, el grupo de conductores más antiguo y más numeroso es el de los metales: cobre, oro, aluminio. Luego, hace unos 50 años, los científicos pudieron crear conductores hechos de materiales orgánicos mediante un tratamiento químico conocido como «dopaje», que rocía diferentes átomos o electrones a través del material y les induce a conducir la electricidad de forma parecida a la de un metal.
Esto es ventajoso porque estos materiales son más flexibles y fáciles de procesar que los metales tradicionales, pero el problema es que no son muy estables; pueden perder su conductividad si se exponen a la humedad o si la temperatura sube demasiado.
“No hay una teoría sólida para explicar esto”
Pero fundamentalmente, estos dos conductores metálicos orgánicos y tradicionales comparten una característica común. Están formados por filas rectas y apretadas de átomos o moléculas. Esto significa que los electrones pueden fluir fácilmente a través del material, como los automóviles en una carretera. De hecho, los científicos pensaron que un material debía forzosamente que tener estas filas rectas y ordenadas para conducir la electricidad de manera eficiente.
Luego, Xie comenzó a experimentar con algunos materiales descubiertos hace años, pero ignorados en gran medida. Ensartó átomos de níquel como perlas en una cadena de perlas moleculares hechas de carbono y azufre, y comenzó a probar. Para asombro de los científicos, el material conducía la electricidad con facilidad y fuerza. Además, era muy estable. «Lo calentamos, lo enfriamos, lo expusimos al aire y la humedad, e incluso le arrojamos ácido y base, y no pasó nada«, recuerda Xie. Eso es de gran ayuda para un dispositivo ha de funcionar en el mundo real.
Pero para los científicos, lo más llamativo fue que la estructura molecular del material estaba desordenada. «Desde un panorama fundamental, eso no debería ser un metal«, indica Anderson. «No hay una teoría sólida para explicar esto«.
Un principio de diseño nuevo para la tecnología electrónica
Xie, Anderson y su laboratorio trabajaron con otros científicos de la universidad para tratar de comprender cómo el material puede conducir la electricidad. Después de pruebas, simulaciones y trabajo teórico, creen que el material forma capas, como láminas en una lasaña. Incluso si las hojas giran hacia los lados, ya no forman una pila de lasaña ordenada, los electrones aún pueden moverse horizontal o verticalmente, siempre que las piezas se toquen.
El resultado final no tiene precedentes para un material conductor. «Es casi como Play-Doh conductivo: puedes aplastarlo en su lugar y conduce la electricidad«, compara Anderson.
Los científicos están entusiasmados porque el descubrimiento sugiere un principio de diseño fundamentalmente nuevo para la tecnología electrónica. Los conductores son tan importantes que prácticamente cualquier nuevo desarrollo abre nuevas vías para la tecnología, explicaron.
Nuevas opciones de procesamiento de este material parecido al metal
Una de las características atractivas del material son las nuevas opciones de procesamiento. Por ejemplo, los metales generalmente deben fundirse para darles la forma adecuada para un chip o dispositivo, lo que limita lo que se puede hacer con ellos, ya que otros componentes del dispositivo deben poder soportar el calor necesario para procesar estos materiales.
El nuevo material no tiene tal restricción porque puede fabricarse a temperatura ambiente. También se puede usar cuando la necesidad de que un dispositivo o partes del dispositivo resistan el calor, el ácido o la alcalinidad, o la humedad, ha limitado previamente las opciones de los ingenieros para desarrollar nuevas tecnologías.
El equipo también está explorando las diferentes formas y funciones que podría tener el material. «Creemos que podemos hacerlo en 2D o 3D, hacerlo poroso o incluso introducir otras funciones agregando diferentes enlazadores o nodos«, concluye Xie.
Fuente: Nature.
