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El estudio ha sido publicado en Materials Horizons y una de sus imágenes ha sido seleccionada para la cubierta del número de abril de la revista, mostrando polímeros semiconductores.
Cerdanyola del Vallès, 8 de abril 2022 Los polímeros semiconductores son una nueva generación de materiales con enorme interés para las tecnologías electrónicas orgánicas incluidos los transistores y las aplicaciones fotovoltaicas. Sin embargo, hasta el momento, la caracterización estructural de estos materiales ha dado lugar a resultados contradictorios, lo que se traduce en un flagrante desconocimiento de su microestructura real en estado sólido.
Históricamente, los materiales poliméricos se han clasificado como amorfos, semicristalinos y paracristalinos. Un polímero amorfo está formado por moléculas orientadas al azar. En cambio, los polímeros semicristalinos combinan regiones amorfas con regiones cristalinas, en las que los segmentos de la cadena se apilan en cristalitos laminares. Por último, los polímeros paracristalinos tienen una red molecular con cantidades significativas de desorden y sin regiones amorfas. Sin embargo, los polímeros semiconductores más avanzados no parecen encajar en ninguno de los grupos mencionados anteriormente.
Para resolver la paradoja, el equipo de investigación introdujo un nuevo modelo estructural para los materiales poliméricos: el modelo semi-paracristalino. Este modelo afirma que los polímeros semiconductores son una clase de materiales en los que coexisten pequeños dominios paracristalinos con regiones más desordenadas. Este nuevo modelo permite describir de forma fiable la microestructura en estado sólido de los materiales poliméricos semiconductores.
A diferencia de los modelos estructurales anteriores, el modelo semi-paracristalino desarrollado por Sara Marina y Jaime Martín, de la Universidad de A Coruña y POLYMAT, requiere dos parámetros para dar cuenta del grado de orden general: el parámetro de distorsión de la paracristalinidad, que da cuenta del desorden de la red dentro de los paracristales, y el grado de paracristalinidad, que mide la fracción de masa/volumen del material ordenado.
Las características de la microestructura semicristalina, como su morfología y los parámetros de estructura, se dedujeron a partir de la combinación de técnicas de difracción de rayos X, calorimetría diferencial de barrido y microscopías óptica, electrónica y de fuerza. En concreto, se realizó la dispersión de rayos X de incidencia rasante de ángulo amplio y pequeño (GIWAXS y GISAXS, en inglés) en la línea de luz NCD-SWEET del Sincrotrón ALBA.
La determinación precisa de la organización estructural de los polímeros semiconductores es de suma importancia para el desarrollo posterior de estos materiales en tecnologías electrónicas orgánicas, ya que las propiedades optoelectrónicas están íntimamente ligadas a la disposición molecular. La principal aplicación de los polímeros semiconductores semi-paracristalinos son las celdas fotovoltaicas orgánicas, cuya principal diferencia con las tradicionales es que la capa activa está compuesta por moléculas semiconductoras orgánicas. Como resultado, el proceso de fabricación se simplifica y el coste de producción se reduce.
Referencia: Sara Marina, Edgar Gutierrez-Fernandez, Junkal Gutierrez, Marco Gobbi, Nicolás Ramos, Eduardo Solano, Jeromy Rech, Wei You, Luis Hueso, Agnieszka Tercjak, Harald Ade and Jaime Martin. Scaling Up the Production of Semi-paracrystallinity in semi-conducting polymers. Materials Horizons (2021). DOI: 10.1039/d1mh01349a
Con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología. El Sincrotrón ALBA forma parte de la red de Unidades de Cultura Científica y de la Innovación (UCC+i) de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) y ha recibido apoyo a través del proyecto FCT-20-15798.
