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Metal orgánico molecular que cambia color y propiedades eléctricas al aplicar un campo eléctrico

Científicos del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC) han demostrado la capacidad de un metal molecular orgánico para cambiar rápidamente su color y sus propiedades eléctricas tras aplicar un voltaje. El cambio se revierte de forma rápida al aplicar el voltaje inverso. El trabajo es una prueba de concepto que abre nuevas posibilidades para el diseño y la fabricación de dispositivos orgánicos electrocrómicos y rectificadores para la electrónica.

 

 Cuando se aplica un voltaje, algunos aniones yodo de la capa fina del material migran a otras regiones, lo que conlleva una transformación química del material. Eso se traduce en el cambio de color y de sus propiedades eléctricas, pasando de metal (cuando es opaco) a semiconductor (cuando es transparente). En la imagen, muestras de un experimento con el material.Los ordenadores portátiles, los teléfonos móviles, los papeles electrónicos, las ventanas inteligentes, los sensores y los dispositivos de comunicación inalámbricos necesitan componentes electrónicos mecánicamente flexibles que puedan cambiar su color y sus propiedades eléctricas. El desarrollo de materiales conductores orgánicos flexibles y ligeros con estas propiedades tiene un gran interés tecnológico en este campo.

Un grupo de investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC) dirigido por profesor de investigación del CSIC Jaume Veciana ha demostrado la capacidad de un metal molecular orgánico [(BEDO-TTF)2,4I3] para cambiar su color y sus propiedades eléctricas (grado de transferencia de carga) tras aplicar un voltaje (propiedad electrocrómica y rectificadora).

El estudio, publicado en la revista Flexible Electronics, demuestra, además, el porqué de esos cambios. Tal como explican los científicos, cuando se aplica un voltaje, algunos aniones yodo de la capa fina del material migran a otras regiones, lo que conlleva una transformación química del material.

Eso se traduce en el cambio de color y de sus propiedades eléctricas, pasando de metal (cuando es opaco) a semiconductor (cuando es transparente). El proceso es reversible: cuando se aplica el voltaje inverso, las propiedades originales vuelven. Esto transforma al material en un diodo, pudiendo actuar como un “interruptor”,

En el estudio, los científicos han puesto a prueba el material en varios ciclos, aplicando voltajes de -8 a +8 V. La coloración es rápida, explican, en comparación con estudios previos con otros materiales. Tanto la coloración como el tiempo que se tarda dependen directamente del voltaje aplicado. Así, en el experimento, el material cambió su coloración y propiedades eléctricas en 0,9 segundos al aplicar un voltaje de 5 V; y tardó también 0,9 segundos en volver al color y propiedades eléctricas iniciales tras aplicar el voltaje inverso, de -5 V.  

El proceso es reversible: cuando se aplica el voltaje inverso, las propiedades originales vuelven.

Los investigadores también demuestran que estos cambios dependen de la cantidad de agua incorporada en una de las capas del material. Como el cambio depende de que haya una humedad alta en el ambiente que rodea el material (alrededor del 85%), los científicos han incorporado una capa de un material hidrofílico que aumenta y retiene la humedad, y permite que el material funcione en condiciones ambientales normales.

El estudio es una prueba de concepto que abre nuevas posibilidades para el diseño y la fabricación de dispositivos orgánicos electrocrómicos y rectificadores que operan con un principio de funcionamiento muy simple. Además, el requisito básico para lograr dicho comportamiento electrocrómico se consigue sin necesidad de utilizar un pre-procesamiento o post-procesamiento complicados.

El material escogido por los científicos del ICMAB es excepcionalmente robusto ya que mantiene sus propiedades a pesar de que tenga pequeñas imperfecciones e irregularidades en su estructura. Otra ventaja es que se obtiene en un procedimiento simple, escalable, que se puede realizar en condiciones ambientales.

Al igual que otros materiales que se obtienen en capas finas, es flexible, ligero, transparente, moldeable y extensible. Entre sus ventajas esta el bajo costo, la flexibilidad, el fácil funcionamiento, fiabilidad y menor consumo de energía.

 

 

 

Científicos del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC) han demostrado la capacidad de un metal molecular orgánico para cambiar rápidamente su color y sus propiedades eléctricas tras aplicar un voltaje. El cambio se revierte de forma rápida al aplicar el voltaje inverso. El trabajo es una prueba de concepto que abre nuevas posibilidades para el diseño y la fabricación de dispositivos orgánicos electrocrómicos y rectificadores para la electrónica.