Avanço com plásticos condutores
Novo cristal de polímero conduz eletricidade como um metal
Uma equipa internacional de investigação, incluindo cientistas da Technische Universität Dresden (TUD), desenvolveu um polímero condutor bidimensional inovador. Uma forma especial e ordenada de polianilina (2DPANI) apresenta uma condutividade eléctrica excecional e um comportamento metálico de transporte de cargas. Esta descoberta constitui um avanço fundamental na investigação de polímeros, uma vez que abre novas possibilidades para o desenvolvimento de uma eletrónica orgânica mais potente. Os resultados do estudo foram recentemente publicados na revista científica "Nature".
Os polímeros condutores, como a polianilina, o politiofeno e o polipirrol, são conhecidos pela sua excelente condutividade eléctrica e provaram ser alternativas promissoras de baixo custo, leves e flexíveis aos semicondutores e metais convencionais. A importância destes materiais foi sublinhada em 2000, quando Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid e Hideki Shirakawa receberam o Prémio Nobel da Química pela sua descoberta e desenvolvimento pioneiros de polímeros condutores.
Apesar dos avanços significativos, estes materiais conduzem electrões principalmente ao longo das suas cadeias poliméricas. No entanto, a condutividade entre as cadeias ou camadas de polímeros continua a ser limitada porque as moléculas não estão bem ligadas e as interações electrónicas são fracas.
Para resolver este problema, uma equipa de investigação do TUD e do Instituto Max Planck de Física de Microestruturas de Halle, em colaboração com parceiros internacionais, sintetizou e caracterizou um cristal de polianilina bidimensional de várias camadas (2DPANI). "Este material apresenta uma condutividade excecional - não só dentro das suas camadas, mas também verticalmente através das camadas. É a isto que chamamos transporte metálico de cargas fora do plano ou condução 3D. Trata-se de um avanço fundamental na investigação de polímeros", explica Thomas Heine, Professor de Química Teórica na TU Dresden. Juntamente com a sua equipa na TUD e no Centro de Compreensão de Sistemas Avançados CASUS em Görlitz, começou por simular a estrutura do polímero e calculou o seu carácter metálico.
Xinliang Feng e a sua equipa do Centro para o Avanço da Eletrónica de Dresden (cfaed) do TUD e do Instituto Max Planck de Física de Microestruturas em Halle sintetizaram o novo polímero e efectuaram estudos de transporte de corrente direta. Estas medições mostram uma condutividade anisotrópica de 16 S/cm no plano e 7 S/cm fora do plano - cerca de três ordens de grandeza superior à dos polímeros condutores lineares convencionais. Além disso, as medições a baixas temperaturas mostram que a condutividade fora do plano aumenta com a diminuição da temperatura - um comportamento caraterístico dos metais - confirmando as excepcionais propriedades metálicas de transporte elétrico fora do plano do material.
Foram efectuadas outras medições no CIC nanoGUNE em San Sebastián, Espanha, utilizando microscopia de campo próximo por infravermelhos e terahertz. Estas revelaram uma condutividade DC de cerca de 200 S/cm.
Esta descoberta abre a possibilidade de obter uma condutividade metálica tridimensional em materiais orgânicos e poliméricos sem metais. Isto abre novas e excitantes perspectivas para aplicações em eletrónica, blindagem electromagnética e tecnologia de sensores. O polímero metálico poderá servir como elétrodo funcional em eletroquímica e fotoelectroquímica, por exemplo, para a produção de hidrogénio.
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Publicação original
Tao Zhang, Shu Chen, Petko St. Petkov, Peng Zhang, Haoyuan Qi, Nguyen Ngan Nguyen, Wenjie Zhang, Jiho Yoon, Peining Li, Thomas Brumme, Alexey Alfonsov, Zhongquan Liao, Mike Hambsch, Shunqi Xu, Lars Mester, Vladislav Kataev, Bernd Büchner, Stefan C. B. Mannsfeld, Ehrenfried Zschech, Stuart S. P. Parkin, Ute Kaiser, Thomas Heine, Renhao Dong, Rainer Hillenbrand, Xinliang Feng; "Two-dimensional polyaniline crystal with metallic out-of-plane conductivity"; Nature, Volume 638, 2025-2-5
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