¿Plásticos que conducen la electricidad?
Escrito por Quimitube el 13 junio
Habitualmente, cuando pensamos en un material conductor de la corriente eléctrica, nos viene a la mente un metal, como la plata, el oro o, por supuesto, el cobre, metal con el cual se fabrican la gran mayoría de cables eléctricos mediante haces de hilos recubiertos de un plástico aislante. Y es el plástico, de hecho, un material que nos viene a la mente como ejemplo claro de material aislante. Sin embargo, esto no tiene por qué ser siempre así, como nos demuestra la ciencia de materiales y el caso concreto que vamos a comentar en esta entrada. Tan importante fue el descubrimiento, que a los investigadores responsables del hallazgo (Heeger, McDiarmid y Shirawawa) les valió un Premio Nobel de Química en el año 2000.
El profesor Alan McDiarmid, de la Universidad de Pensilvania, impartió en 1978 una conferencia en Japón. Al acabar la conferencia, uno de los profesores de la universidad anfitriona, Jideki Shirikawa, se aproximó para comentarle que había logrado sintetizar un material plástico de aspecto metálico. A partir de ahí se inició una estrecha colaboración para utilizar los medios al alcance de la Universidad de Pensilvania en el estudio de este material en colaboración con Alan Heeger, profesor de la Universidad de California. Y, para sorpresa del equipo de investigación (prácticamente los descubridores son siempre los primeros sorprendidos en un gran avance de la ciencia) el polímero era capaz de conducir la electricidad en unas condiciones muy específicas: aunque en estado «basal» no es conductor, dopado con yodo (mediante vapores) su conductividad va aumentando progresivamente hasta alcanzar la conductividad de un metal. Es decir, no solo hablamos de un plástico que puede conducir la corriente eléctrica, es mucho más; hablamos de un material flexible y manejable que puede abarcar todo el rango de conductividades eléctricas, desde aislante hasta conductor pasando por los valores de todos los semiconductores utilizados en electrónica, variando las condiciones de su oxidación con yodo. Y no solo esto: la mayoría de los semiconductores conocidos son rígidos y se deben manipular en condiciones muy incómodas, por decirlo de algún modo (en el vacío, temperaturas muy bajas…) mientras que el polímero hallado es fácilmente manipulable y blando, lo que abre la puerta a la fabricación de dispositivos electrónicos ligeros y flexibles, como ropa o pantallas finísimas.
En general, los polímeros conductores, casi todos orgánicos, presentan enlaces deslocalizados (con frecuencia en un grupo aromático) que forman una estructura similar a la del silicio. Casi todos los polímeros conductores son conocidos semiconductores gracias a su estructura en bandas, aunque algunos se comportan como metales conductores. Los principales tipos de polímeros conductores orgánicos son los poliacetilenos, los polipirroles, los politiofenos, las polianilinas y el policloruro de paracresol fenileno (PVPP).
Polimelanina, un polímero conductor. Fuente: wikipedia, pngbot. Licencia: CC-BY-SA
La combinación de estos materiales con la electroquímica por parte de otros grupos de investigación permitió, en los años ochenta, sintetizar nuevos polímeros conductores sobre la base de este primer descubrimiento y, sobre todo, controlar de forma muy precisa el proceso de dopado y desdopado del material, con lo que el abanico de propiedades se amplía infinitamente. El volumen del material cambia con la carga eléctrica, lo que permite desarrollar los músculos artificiales para microrrobótica. También cambian el color (electrocromismo), pudiendo usarse esta propiedad para construir ventanas inteligentes, pantallas planas, filtros de luz y lonas miméticas, como la piel del camaleón. Además en determinadas condiciones pueden almacenan cargas, siendo tal vez adecuados para pilas y baterías biodegradables. Por si todo esto fuera poco, los polímeros conductores son biocompatibles con las neuronas y se trabaja para que lleguen a ser el muelle de conexión entre equipos electrónicos y el sistema nervioso: la base de los nervios artificiales. Quién sabe si el día de mañana se podrá conseguir que los ciegos vean, los sordos oigan, o que quienes perdiesen un brazo o una pierna, implantarles una mecánica que se mueva bajo las órdenes y el control directo del cerebro, como la propia.
De hecho, ayer mismo, en el inicio de la Copa del Mundo 2014 de fútbol, se pudo ver como un parapléjico movía ligeramente su pierna mediante una orden de su sistema nervioso, utilizando un exoesqueleto capaz de interpretar los impulsos eléctricos del cerebro. Cabe decir, sin embargo, que ese saque inicial fue bastante decepcionante para los espectadores y esto es lo que dicen en Materia: «Ni levantarse de la silla de ruedas, ni caminar 25 metros, apenas un leve movimiento del pie. La esperada aparición de un joven parapléjico hoy en el Mundial de Brasil que daría el saque inicial gracias a un exoesqueleto manejado con su cerebro no ha podido disfrutarse como se esperaba. «
Y aquí puede verse un vídeo que demuestra lo descrito por la web de noticias de ciencia:
Parece que se trata de un campo de la ciencia que aún necesita avanzar muchísimo, pero sin duda alguna, con el desarrollo de estos nuevos materiales, va por el buen camino.
[…] Habitualmente, cuando pensamos en un material conductor de la corriente eléctrica, nos viene a la mente un metal, como la plata, el oro o, por supuesto, el cobre, metal con el cual se fabrican la gran mayoría de cables eléctricos mediante haces de hilos recubiertos de un plástico aislante. Y es el plástico, de hecho, un material que nos viene a la mente como ejemplo claro de material aislante. Sin embargo, esto no tiene por qué ser siempre así, como nos demuestra la ciencia de materiales y el caso concreto que vamos a comentar en esta entrada. Tan importante fue el descubrimiento, que a los investigadores responsables del hallazgo (Heeger, McDiarmid y Shirawawa) les valió un Premio Nobel de Química en el año 2000. […]
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