M2 - CIQ

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ÍNDICE
Prólogo ............................................................................................................................ 3
Lista de Autores............................................................................................................... 4
Nuevos materiales orgánicos conductores ...................................................................... 5
Síntesis de polímeros conductores .................................................................................. 8
Síntesis de polímeros que reducen la contaminación ................................................... 17
Síntesis de Polímeros Conductores: Energías Verdes .................................................. 19
―Sí
ntesis y propiedades conductoras de nuevos polímeros partiendo de materias primas
de bajo costo‖. ............................................................................................................... 21
Métodos versátiles utilizados para la síntesis de polímeros conductores ...................... 23
Estrategias para sintetizar polímeros conductores ........................................................ 25
Optimización en el diseño de la estructura de polímeros conductores para mejorar su
aplicabilidad ................................................................................................................... 27
Caracterización de polímeros conductores.................................................................... 28
Métodos de caracterización ........................................................................................... 28
Voltametría cíclica: una herramienta con potencial ....................................................... 31
Optimización en el diseño de la estructura de polímeros conductores para mejorar su
aplicabilidad ................................................................................................................... 33
Conductividad de polímeros .......................................................................................... 36
Optimización y reducción de costos en polímeros conductores. ................................... 41
ALGUNAS ESTRATEGIAS PARA MEJORAR LA CONDUCTIVIDAD DE LOS
POLÍMEROS ORGÁNICOS CONDUCTORES. ............................................................ 43
Tiofeno y pirrol: el futuro de los polímeros conductores ................................................ 45
El detrás de cámaras de unos pilotos muy peculiares ................................................... 48
Solitones ........................................................................................................................ 50
APLICACIÓNES DE POLÍMEROS CONDUCTORES ................................................... 52
Polímeros conductores impresos, un futuro más brillante para la ciencia. .................... 59
Películas poliméricas ..................................................................................................... 61
La versatilidad de la óptica a escala .............................................................................. 63
Aplicaciones de polímeros conductores: OLED’s .......................................................... 65
Aplicación de polímeros conductores en sensores implantables y electrodos para
proveer señales auditivas .............................................................................................. 67
GLOSARIO .................................................................................................................... 69
Bibliografía..................................................................................................................... 72
Prólogo
La actividad científica actual requiere del ejercicio responsable y colectivo de
numerosas habilidades. Entre ellas, la comunicación escrita juega un papel fundamental
para adquirir y transmitir conocimientos. No obstante, pocos programas de formación en
ciencias, adoptan como suyo la necesidad de guiar el desarrollo sano de esta habilidad.
El plan de estudios de la Licenciatura en Diseño Molecular y Nanoquímica propone
en el segundo semestre el Taller de Lectura y Redacción con el propósito de mejorar
las habilidades necesarias para el trabajo profesional del área. Creímos conveniente
orientar las actividades del taller específicamente hacia la lectura y redacción de textos
científicos. El reto que se presenta a esta altura de la formación es, cómo abordar un
texto científico cuando aún no se cuenta con antecedentes académicos suficientes en la
temática, en este caso, los polímeros conductores. De inicio, plantear el trabajo sobre
un tema de esta naturaleza generó el sentimiento de que se trataba de un tema muy
avanzado para estudiantes del segundo semestre. Sin embargo, descubrimos juntos la
forma de crear un camino hacia la comprensión del tema.
Aquí se han reunido los pasajes que a lo largo del camino ellos decidieron interesantes
explorar mejor. Primero dirigidos, después en equipo y, finalmente, de manera
individual. El camino, como cualquier brecha nueva tuvo numerosas dificultades. En su
partida fue necesario identificar las estrategias de búsqueda de información y resolver
preguntas como: ¿qué necesito saber para poder entender este texto? ¿por dónde
inició la búsqueda de información? ¿es esto relevante o no? Algunas de esas preguntas
fueron resueltas aprendiendo a utilizar la biblioteca y, más adelante, los recursos
bibliográficos en línea. Otras más, requirieron generar prácticas de trabajo colectivo
propias de la actividad científica, es decir, apropiarse de la responsabilidad de una parte
del trabajo y ser capaz de construir con esas piezas un producto común. Para generar
las reseñas de trabajos de investigación publicados en revistas especializadas fue
necesario, además de librar la barrera del idioma en muchos casos, aprender las
formas de la comunicación científica actual. Ser críticos y propositivos del trabajo
común, el del colega y el propio, es también, un elemento de logro en este trabajo.
Las enormes capacidades de estos estudiantes encontraron siempre la forma de
sortear las dificultades exitosamente. Es un honor presentarles esta compilación que
tomó forma gracias a la dedicación de ellos.
Margarita I. Bernal-Uruchurtu
Profesora
Lista de Autores
Alonso D. Jacobo Hernández
Ana Ma. Morales-Vidal
Apsahara G. Hodges
Bryone Rubi
Carlo B. Santos-F.
Clemente M. Regino
Cynthia G. Ayala Rivera
Daniela Molina Estrada
Glen Galeana-M
J. Carlos Cortés Martínez
J. R. López-Hernández
Jael G. D.
Javier E.V
Kenia L. Arellano-Quintana
Leslie. Ma. C. Pacheco
M. G. Nava Ocampo
M. Muñoz-Vidales
Oscar U. Bautista Francisco
Sofía M. Osuna Uribe
Stephanie Hernández Castro
Yael S. Sánchez–Mendoza
Nuevos materiales orgánicos conductores
Compilación: Clemente Miranda Regino
El premio Nobel de Química fue concedido en el año 2000 a Alan J. Heeger, Alan G.
MacDiarmid y Hideki Shirakawa ―po
r el descubrimiento y desarrollo de polímeros
conductores‖. ¿Qué son estos polímeros? ¿Cómo es qué conducen la electricidad?
¿Por qué son importantes? ¿Cómo ha avanzado su conocimiento estos últimos 15
años?
Comunicados del Premio Nobel
Comunicado General:
Comunicado Especializado:
Estamos acostumbrados a los grandes
descubrimientos y cómo afectan en
nuestras formas de pensar. Este año
(2000) el premio de química no es la
excepción. Lo que nos han enseñado
acerca del plástico es que es un buen
aislante – de otra forma, no deberíamos
usarlo como aislante en cables
eléctricos. Pero ahora es el momento de
cambiar nuestra forma de ver las cosas.
El plástico puede, bajo ciertas
circunstancias, comportarse como un
metal – un descubrimiento por el que
Alan J. Hegeer, Alan G. MacDiarmid y
Hideki Shirakawa recibieron el Premio
Nobel en química en el año 2000.
La Real Academia Sueca ha decidido
dar el Premio Nobel de química a tres
científicos que han revolucionado el
desarrollo de los polímeros conductores.
Profesor Alan J. Heeger en la
Universidad de California en Santa
Barbara, USA
Profesor Alan G. MacDiarmid en la
Universidad de Pennsylvania, USA y
Profesor Hideki Shirakawa en la
Universidad de Tsukuba, Japan
Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid y
Hideki Shirakawa cambiaron la opinión
generalizada sobre los plásticos con su
descubrimiento,
un
polímero,
el
poliacetileno, puede transformarse en
un conductor, casi como los metales.
NOTA: Para muchos de los estudiantes en este curso, la información relativa al
otorgamiento de esta distinción y el motivo por el cual se designaron ganadores a
Heeger, MacDiarmid y Shirakawa fue totalmente nueva. Los comentarios que se reúnen
a continuación fueron expresados por algunos después de visitar el sitio Nobel y bajo la
recomendación de identificar los temas que sería necesario entender para valorar este
avance científico.
Comentario 1:
Como nos hemos dado cuenta, es un tema un poco avanzado para unos y para otros a
lo mejor no. En mi humilde opinión, creo que sería conveniente comenzar con una
información general o introductoria, que nos ayudará a entender que son los polímeros,
su nomenclatura y sus generalidades, así como su historia.
Yurkanis Bruice Paula; ―Quí
mica orgánica‖, quinta edición, México, Editorial Person
educación, páginas 1232-1258, (2008).
Comentario 2:
Una vez releí el articulo me percaté de que me surgía la duda de que era un polímero,
pero una vez investigando su definición me topé con que no conocía el proceso por el
cual se forman los polímeros, por lo tanto decidí investigar más acerca del tema,
llegando a el proceso el cual tiene nombre de ―po
limerización‖.
Odian George; ―Pri
nciples of polymerization‖, Cuarta edición, College of Staten Island,
City University of New York, Staten Island, New York, (2004).
Comentario 3:
Hola Compañeros, en mi investigación y lo que más me pareció más interesante fue el
descubrimiento sobre LED o llamados por sus siglas en inglés: light emitting diode, y
esta información nos ayudará a entender mejor cómo funciona un LED, el ¿por qué? los
utiliza la humanidad.
Fraile, J; Gago, A; ―Ilu
minación con tecnología LED‖, Madrid, Editorial Paraninfo, (2012).
Cantú, A; ―El
ectrónica II: Análisis de diseño con diodos y transistores‖, México, Volumen
2, (1996).
Comentario 4:
Encontré un artículo que habla sobre conductores y semiconductores, sin embargo el
artículo no es enteramente sobre ese tema, pero sí habla de las diferencias entre
conductores y semiconductores. Me parece adecuado ya que en mi búsqueda me topé
con otros, pero con un contenido muy avanzado, este me parece bueno ya que utiliza
un lenguaje con el que podemos llegar a entender completamente el tema.
Ramírez Solís, A; ―D
e los materiales conductores, aislantes y semiconductores a la Ley
de Moore de las computadoras‖, Unión de Morelos, Paginas 26 – 27, (2010).
Comentario 5:
Encontré un texto que podría ser de gran utilidad para lograr una mejor comprensión
sobre cómo es que los polímeros orgánicos dejan de considerarse como aislantes para
dar paso a ―losnuevos metales sintéticos‖ como les nombra la lectura.
Arias Pardilla J; ―Sí
ntesis y caracterización de polímeros basados en anilinas sustituidas
y su aplicación en electro catálisis.‖, Alicante, España, (2007).
"The Nobel Prize in Chemistry 2000". Nobelprize.org. Nobel
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2000/
Media
AB
2014.
Web.
2
Jun
2015.
"The Nobel Prize in Chemistry 2000 - Advanced Information". Nobelprize.org.Nobel Media AB 2014. Web. 2 Jun 2015.
<http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2000/advanced.html>
 Síntesis de polímeros que reducen la
contaminación.
o
Daniela Molina Estrada
 Síntesis de Polímeros Conductores: Energías
Verdes
o
Sofía M. Osuna Uribe
 Síntesis y propiedades conductoras de nuevos
polímeros partiendo de materias primas de
bajo costo.
o
Misael Muñoz Vidales
 Métodos versátiles utilizados para la síntesis
de polímeros conductores
o Cynthia Guadalupe Ayala Rivera
 Estrategias para sintetizar polímeros
conductores.
o M. G. Nava Ocampo.
Síntesis de polímeros conductores
Cynthia G. Ayala Rivera, Daniela Molina Estrada, M. G. Nava Ocampo, M. MuñozVidales, Sofía M. Osuna Uribe.
Convivimos a diario con ellos, nos son muy útiles al realizar nuestras actividades,
no podríamos hacerlas sin ellos, o tal vez sí, pero con un esfuerzo mayor, pero acaso
nos hemos preguntado ¿Cómo es que se forman?, ¿Cómo se elaboran?, ¿Por qué
tienen esas propiedades tan extraordinarias? Nos referimos a los polímeros, aquellos
que han venido a cambiarlo todo desde la revolución industrial y que nos han
modificado muchos aspectos de nuestra vida.
Nos hemos dado a la tarea de investigar cómo se lleva a cabo la síntesis de
polímeros conductores, pues nos sorprendió dicha propiedad. Si la mayoría de los
polímeros son aislantes ¿A qué se debe que estos sean conductores?
Para comenzar, debemos de saber que, para que la estructura de un polímero
sintetizado tenga propiedades conductoras, debe contener una cadena extendida con
dobles enlaces conjugados, esto hace que tenga orbitales electrónicos extendidos
sobre toda su estructura, favoreciendo el movimiento de electrones, los cuales se
encuentran deslocalizados, obteniendo así un mayor movimiento, haciendo posible la
conducción de electricidad. Es por eso que el proceso a seguir de polimerización para
la síntesis de un polímero conductor se basa en la formación de cadena de radicales
libres.
Polimerización en cadena:
En la polimerización por reacción en cadena ocurre una serie de reacciones, cada una
de estas consume una partícula reactiva y produce otra similar, por lo que cada
reacción individual depende de la anterior. Dichas partículas pueden ser radicales
libres, cationes o aniones.
La polimerización en cadena es generalmente el resultado de la apertura del doble
enlace existente en muchos compuestos monoméricos como los derivados vinílicos o
acrílicos.
La ruptura además por la propia estructura del monómero, está limitada por las
condiciones de reacción y sobretodo, por la acción de un iniciador que activa la
densidad electrónica del monómero de forma y manera que rompe el doble enlace o
bien en una rotura homolítica y heterolítica. En el primer caso, se generan radicales, en
el segundo, dependiendo del carácter electrófilo o nucleófilo del iniciador, se genera
una especie catiónica o aniónica que condicionan el posterior desarrollo de la cadena
de crecimiento.
De los procesos de polimerización existentes la polimerización por radical, es la más
importante, ya que casi el 50% de los polímeros sintetizados provienen de esta vía. Es
también importante decir que el método antes mencionado es el más versátil para
preparar copolímeros.
La polimerización vinílica por medio de radicales libres, ocurre en los carbonos unidos
por dobles enlaces, ―
los grupos vinilos‖. Se puede utilizar una gran variedad de
monómeros insaturados, obteniéndose polímeros con diferentes grupos sustituyentes
unidos a la estructura base del polímero.
Figura 1. Ejemplo de polimerización vinílica de radicales libres. Areizaga J, Cortazar M;
“Polímeros”.
La polimerización implica la adición de radicales libres al doble enlace del monómero. Al
principio, la adición del radical libre generado a partir del iniciador, y después, el de la
molécula creciente de polímero. En cada paso el consumo del radical libre va
acompañado de la formación de uno nuevo de mayor tamaño. La reacción en cadena
finaliza con pasos que consumen radicales libres, pero no los forman: ya sea por
combinación o desproporción de dos radicales libres.
La adición de ciertos compuestos puede modificar drásticamente el proceso de
polimerización. Es aquí, cuando entra la transferencia de cadena, donde la finalización
de una cadena de polimerización es simultánea al inicio de otra. Comúnmente, un
radical se adiciona al monómero y se continúa la reacción en cadena. Sin embargo, con
cierta frecuencia el radical separa un átomo del agente que transfiere la cadena,
determinando así la cadena de polimerización y generando una nueva partícula.
Cuando una cadena es reemplazada por otra, la velocidad de polimerización no se ve
afectada. Como en promedio se reduce el número de pasos propagadores de la
reacción en cadena, el peso molecular promedio del polímero disminuye. De este
modo, un agente de transferencia compite con el monómero por los radicales en
crecimiento. La relación de constante de velocidad recibe el nombre de constante de
transferencia, que es una medida de la efectividad del agente de transferencia para
disminuir el peso molecular del polímero. Al añadir un inhibidor, que es alguna
sustancia que puede reaccionar con el radical libre en crecimiento y formar uno nuevo
que no es suficientemente reactivo para adicionarse al monómero; se termina una
cadena de reacción, pero no empieza otra.
También existe la polimerización de dos (o más) monómeros, obteniendo de esta forma
un ―cop
olímero‖, un polímero que contiene dos o más monómeros en la misma
molécula. Por medio de esta, puede obtenerse materiales con propiedades que difieren
de las de ambos homopolímeros, añadiendo así otra dimensión a esta tecnología. Esto
quiere decir que le da propiedades como dureza, resistencia a golpes, solubilidad, por
mencionar algunos. Esto se da por la polimerización vinílica de radicales libres de dos
monómeros, M1 y M2. El radical libre en crecimiento puede reaccionar con cualquiera
de los monómeros para continuar con la reacción en cadena. La concentración relativa
de los dos monómeros; él que se encuentre en concentración más alta tendrá mayor
oportunidad de incorporarse a la cadena, y el producto final contendrá un mayor
número de unidades del mismo.
Al azar:
A + B -( A – A – B – A – B – B – A – B – A – A – A )Alternados:
A + B -( A – B – A – B – A – B – A – B – A – B – A )En bloques:
A + B -( A – A – A – B – B – B – A – A – A – B – B )El radical libre en crecimiento, que termina en una de las unidades, tiende a adicionarse
al monómero opuesto. La reactividad relativa de un monómero, depende de la
naturaleza del radical que lo ataque. No solamente se pueden hacer copolímeros con
dos monómeros diferentes, se pueden hacer con tres, cuatros y más. Pueden
obtenerse tanto por reacciones en cadena de radicales libres como por polimerización
iónica, por coordinación y por etapas.
Polimerización radical:
Casi todos los compuestos contienen un doble enlace, el cual puede ser polimerizado o
copolimerizado por vía radical. Las únicas condiciones que deben cumplir son la
capacidad termodinámica de polimerizar y la posibilidad cinética de hacerlo en
parámetros que haga rentable el proceso. La condición cinética es algo más restrictiva y
elimina ciertos monómeros de vías comerciales de polimerización radical. Sin embargo,
la condición termodinámica suele cumplirse en casi todos los casos, al ser la apertura
del doble enlace y posterior con duplicación de unidades.
La polimerización radical procede mediante un clásico proceso de reacción en cadena.
En la etapa inicial se necesita la participación de alguna molécula capaz de generar
radicales. Estos iniciadores son compuestos que tienen algún enlace fácil de romper
homolíticamente por la acción de luz o calor. Ejemplos típicos son los peróxidos,
hidroperóxidos, azocompuestos, sistemas redox, por mencionar algunos. Se usan
concentraciones inferiores al 1% y condiciones experimentales tales que el 50% de
esas moléculas se descompongan en un plazo inferior a las diez horas.
Figura 2 Estireno participando en una sustitución aromática, formando radicales fenilos
reactivos. Areizaga J, Cortazar M; “Polímeros”.
En general, las reacciones de polimerización radical son poco estereoselectivas,
generándose polímeros atácticos.
Los radicales terminan con su actividad en las llamadas reacciones de terminación y
transferencia de cadena. Dos radicales en crecimiento se encuentran en la masa
reaccionante dando lugar a una o dos cadenas que no presentan radicales en sus
extremos. En el primer caso, los dos radicales forman un enlace covalente entre las dos
cadenas en crecimiento, generando una única nueva cadena.
Figura 3 Ejemplo de cómo dos radicales forman un enlace covalente entre dos cadenas
en crecimiento generando una única cadena. Areizaga J, Cortazar M; cales forman
Polimerización iónica:
Se basa en una ruptura heterolítica de los dobles enlaces de los monómeros olefínicos,
un indicador que ataca de forma adecuada la densidad electrónica del monómero.
Polimerización aniónica :
Un anión fuertemente básico puede atacar a una olefina. El producto de esta adición es
otro anión que puede adicionar nuevos monómeros en un clásico proceso de
propagación. Para ser posible la reacción, el monómero debe tener una estructura en la
que la densidad electrónica del doble enlace se mueva con facilidad o que dicho enlace
este ya parcialmente polarizado.
Polimerización catiónica:
Es una consideración superficial, bastantemente parecida a la polimerización aniónica,
un catión indicador se une a una olefina, a un ciclo o a otro monómero, compensando la
carga con un contra ión colocado en sus proximidades. El catión resultante adiciona
más monómero hasta que la reacción se termina. El proceso regenera el iniciador que
puede iniciar una nueva cadena. Tal proceso de terminación es el factor dominante de
una polimerización catiónica.
Polimerización estereoespecífica
Es la obtención de polímeros propietarios de un tipo de isomería. Tal isomería,
conocida como estereoisomería, se observa en la polimerización de algunos de los
carbonos unidos por el doble enlace esté al menos monosustituido. La polimerización
de un etileno monosustituido, CH2 = CHR (donde R es cualquier grupo sustituyente) da
lugar a polímeros en los que se genera carbonos quirales (o asimétricos).
Figura 4 Carbono con 4 sustituyentes diferentes. Areizaga J, Cortazar M; tes dmerosnt
Donde la quiralidad reside en el carbono C* por el hecho de estar unido a cuatro
sustituyentes distintos: H, R y los dos segmentos de cadena polimétrica. Estos centros
quirales en polímeros no da lugar a actividad óptica, ya que dicha actividad está
causada solamente por los primeros átomos unidos a cada C* y estos son iguales
(llamados pseudo quirales).
Polimerización por coordinación:
La polimerización por coordinación consiste en la catálisis donde se utilizan
catalizadores Ziegler-Natta, que son mezclas de sal de un metal de transición (grupo IV
a VIII), generalmente un halogenuro de Ti, V, Cr o Zr, con un componente
organometálico (activador o cocatalizador) que suele ser un alquilmetal de los grupos I
a III, por lo general Al o Sn.
La reacción consiste en reaccionar una sal de un metal de transición por ejemplo: el
tricloruro de titanio y un alquil-metal, como el trietilaluminio. Estos reaccionan para
formar el catalizador activo: un complejo del titanio que contiene un grupo etilo. Ahora
se introduce un alqueno por ejemplo: el etileno. De acuerdo con el mecanismo
generalmente aceptado, se fija el alqueno al titanio mediante un enlace : la nube del
alqueno solapa un orbital vacío del metal.
H2C
Ti—CH2CH3
CH2 CH3
CH2
Ti CH2CH2—CH2CH3
Ti
CH2CH3
Figura 5 Metal sujeto tanto a un alqueno como al etilo. Morrison R, Boyd R; ―Quí
mica
orgánica‖.
La unidad etilénica se inserta entre el metal y el grupo etilo. Ahora un grupo n-butilo
ligado al metal en lugar de un etilo. El sitio de enlace en el etileno se halla nuevamente
vacante, por lo que el catalizador está preparado para actuar otra vez. Se liga otro
etileno al metal mediante un enlace π, y luego se inserta entre el metal y el alquilo, para
generar esta vez un grupo η-hexilo. Así, este proceso se repite una y otra vez,
alargándose el grupo alquilo en dos carbonos por ciclo.
.
H2C
CH2
Ti—CH2CH3 -- CH2 CH3
CH2
CH3
Ti
Ti CH2CH2—CH2CH2 –CH2CH3
CH2CH2—CH2CH3
Figura 6 Proceso el cual se repite una y otra vez, alargándose el grupo alquilo en dos
carbonos por ciclo. Morrison R, Boyd R; ―Quí
mica orgánica‖.
Estos catalizadores tienen una fuerte tendencia a formar complejos y a coordinar la
molécula de monómero. Esto nos permite un control del proceso de la polimerización
así como conseguir el control de las estructuras y la longitud de la cadena.
Otro aspecto importante es el control estereoquímico. Los polímeros pueden tener tres
configuraciones:

Isotáctico

Sindiotáctico

Atáctico
Se pueden obtener estos tres polímeros isómeros eligiendo las condiciones apropiadas
según el catalizador, la temperatura y el disolvente.
Bibliografía consultada:
Química orgánica‖. Quinta edición. Pág. 1224-1227(2002).
 Morrison R, Boyd R; ―
 Velasco. M; ―
Los polímeros: síntesis y caracterización‖. Primera edición. Pág.
137-148 (1996).
 Vicent M, C, Alvares S; ―C
iencia y Tecnología de polímeros‖. Universidad
politécnica de valencia. Segunda edición, pág. 23- 25 (2006).
 Areizaga J, Cortazar M; ―Po
límeros‖. Pág. 30-41(2002).
RESEÑAS DE SÍNTESIS DE POLÍMEROS CONDUCTORES
Síntesis de polímeros que reducen la contaminación
Daniela Molina Estrada.
Los polímeros sintéticos son causantes de la contaminación que ha ido incrementando
en las últimas décadas, dañan al medio ambiente, y con esto también afectan la vida de
los seres humanos de forma directa e indirecta. Ante esto, los investigadores se han
dado a la tarea de sintetizar polímeros de una forma que no sea tan agresiva y dañina
para el mundo.
El trabajo de Xin-Gui Li y colaboradores nos presentan la síntesis por copolimerización
oxidativa teniendo como resultado un mejoramiento en la estructura de las moléculas
(1). Ellos sintetizaron poly-(m-phenylenediamine-co-2-hydroxy-5-sulfonic aniline)
haciendo reaccionar m-phenylenediamine y 2-hydroxy-5-sulfonic aniline usando como
aditivo (NH4)2S2O8 a una temperatura ambiente por 24 horas y HCl 1.0 M a 25°C, lo
cual provocó que la molécula se reacomodara para después agregar un ionóforo sólido
de plomo. Parte del resultado obtenido fueron dos cadenas unidas mediante iones de
plomo a los grupos funcionales del polímero formando una gran cadena π-conjugada
aniline))
con
propiedades
(poly-(m-phenylenediamine-co-2-hydroxy-5-sulfonic
conductoras y una mayor interacción con los iones de Pb(II) que el polímero usado
inicialmente (m-phenylenediamine).
Para conocer la selectividad del ionóforo, al polímero se realizaron diferentes pruebas
en el UV-visible y se utilizó potenciometría para saber cómo respondía el polímero al
emplear soluciones de diferentes concentraciones de plomo (II).
Con base en los resultados obtenidos y la caracterización realizada del polímero poly(m-phenylenediamine-co-2-hydroxy-5-sulfonic aniline) se concluyó su estabilidad a
diferentes pH, larga vida útil y buena selectividad.
Con Mei-Rong Huang, y colaboradores también colaboró Xin- Gui Li, en la síntesis y
absorción de iones de metales pesados por micropartículas de copolímeros de mphenylenediamine (mPD) y p-sulfonic-m-phenylenediamine (SPD) (2).
Se realizaron las mismas pruebas para el polímero poly-(m-phenylenediamine-co-2hydroxy-5-sulfonic aniline). A diferencia de éste, se utilizaron varios iones que fueron el
Pb(II), Hg(II), Cr(II) y Cr(IV), para ver cuales tenían una mayor selectividad con el
polímero. Para comprobar la selectividad se adicionaron soluciones con los cationes a
diferente pH. Las pruebas se hicieron en el UV- visible y se dieron cuenta por medio de
los espectros de emisión que efectivamente había variaciones de selectividad por los
iones.
Se observó una eficaz conductividad eléctrica de parte del polímero así como
resistencia química a diferentes solventes y una capacidad de absorción por el Pb(II).
Con todas las pruebas realizadas se concluyó que el polímero tenía una mayor
selectividad por los iones de Pb (II), Hg(II) y Cr(II).
Los dos trabajos obtuvieron resultados favorables pues lograron sintetizar polímeros de
una forma más fácil y rápida logrando polímeros más amigables con el medio ambiente.
Los usos de los polímeros sintetizados en ambos trabajos son prometedores en el área
de tratamiento de aguas residuales. Esto debido a sus propiedades, que en un sensor
de iones de plomo se traducen en una respuesta rápida, un rango de pH bastante
amplio, larga duración de hasta 5 meses y una amplia selectividad sobre otros iones y
otras especies redox.
Bibliografía.
[1]. Huang, M, Li, X-G, et al;“Synthesis of Semiconducting Polymer Microparticles as
Solid Ionophore with Abundant Complexing Sites for Long-Life Pb ( II ) Sensors, (Ii)”
ACS Appl. Mater. Interfaces, 6, 22096−22107, (2014).
[2].Huang, M, Li, X.-G et al;“Synthesis and strong heavy-metal ion sorption of copolymer
microparticles from phenylenediamine and its sulfonate”. Journal of Materials Chemistry,
22, 17685–17699,(2012).
Síntesis de Polímeros Conductores: Energías Verdes
Sofía M. Osuna Uribe
Los polímeros conductores desde 1977 causaban gran interés, debido a sus
propiedades tanto ópticas como eléctricas y a su basta gama de aplicaciones. Sin
embargo, muchas de estas pasan inadvertidas a lo largo de nuestras vidas. En este
trabajo se explicarán cómo se hicieron las síntesis de dos polímeros conductores y las
aplicaciones que tienen.
El trabajo de Zhen Liu, Yang Liu y colaboradores presenta una síntesis controlada de
nanomateriales compuestos entre metales de transición y polímeros conductores (1).
Estos se utilizaron ya que son fáciles de manipular, lo que los hace buenos candidatos
para generar nanocomponentes. También fueron utilizados por sus múltiples
aplicaciones como el hecho que de ser sensores de agua oxigenada, bloques de
construcción, componentes eléctricos e incluso materiales para generar celdas solares,
por mencionar algunos.
Los reactivos que se utilizaron en este experimento fueron: el pentóxido de vanadio,
como catalizador y una solución acuosa de nitrato de plata. Estos se mezclaron y se
añadieron el monómero de pirrol. Al ser mezclados la solución se oscureció indicando la
formación del polímero polipirrol. Después, el producto se dejó secar en el horno
durante 12 horas. La solución fue expuesta a un sistema de corriente abierta, se midió
su voltaje, se hizo una medición amperimétricas, se colocó en un vial de centelleo, fue
irradiada en un microondas por cinco minutos y por último se le hicieron pruebas
termogravimétricas.
Con los resultados, se concluyó que el polímero conductor polipirrol combinado con la
plata es el más apto para ser utilizado como sensor de agua oxigenada. Al medir su
voltaje, se observó que este era mayor al aumentar la concentración de agua
oxigenada. Igualmente se menciona que el Polipirrol/plata al ser polimerizado genera
nanofibras de mayor tamaño y con una mayor conductividad, según las pruebas de
voltametría cíclica. Lo que puede dar lugar a la generación de nanoeléctricos que serán
buenos para el ambiente generando electricidad que no contamina.
Por otro lado, en la investigación realizada por Mohammad Reza, Mitra Shamsianpour y
colaboradores se presenta, la generación de polímeros conductores solubles en agua
(2). Allí se reporta que el catalizador que logra sintetizar un polímetro conductor soluble,
este es, fierro(III)–tetra(p–sulfonatofenil) porfirina. Sin embargo, solo funciona bajo la
presencia de sulfonato de poliestireno. En el experimento realizado, se polimerizó 3, 4–
etileno. Se encontró que para tener un polímero conductor soluble se debe de tener un
pH= 2, al que se considera como óptimo de esta síntesis. Este pH solo fue posible de
obtener con el fierro(III)–tetra(p–sulfonatofenil).
Este proceso no solo tiene como objetivo sintetizar un polímero conductor soluble en
agua, sino que la síntesis no sea dañina para al ambiente siendo que esta sea menos
costosa a comparación con las que se utiliza un fuerte oxidante.
Ambas síntesis tienen como objetivo obtener polímeros conductores que no solo tienen
múltiples aplicaciones. Ya que en los dos casos presentados se buscan generar tanto
formas para sintetizar que sean amigables al ambiente o generar materiales que son
benéficos al mismo.
Bibliografía.
1]. Liu Zhen, Liu Yang, Zhang Lin, et al. “Controlled synthesis of transition
metal/conducting polymer nanocomposites” Nanotechnology 23(33), 335603, 2012.
doi.org/10.1088/0957-4484/23/33/335603.
2]. Nabid M, Shamsianpour M, Sedghi R, et al. “Biomimetic Synthesis of a WaterSoluble Conducting Polymer of 3,4-Ethylene-dioxythiophene”Chemical Engineering
& Technology 36(1), 130–136, 2013. http://doi.org/10.1002/ceat.201200427.
“Síntesis y propiedades conductoras de nuevos polímeros partiendo
de materias primas de bajo costo”.
Misael Muñoz Vidales
En el par de trabajos que se reseñan aquí, se nos da a conocer dos diferentes procesos
de síntesis para obtener polímeros conductores de electricidad. Estas dos diversas
formas de obtener dichos polímeros, se basa en usar materias primas de bajo costo.
Además estas síntesis tienen en común que durante este procedimiento se debe tener
un medio ácido. En ambos casos se utiliza el ácido clorhídrico, actuando éste como un
tipo de catalizador proporcionando condiciones propicias para la reacción.
El trabajo de H. Hongchao y C. Yingde (2015), describe la obtención de un nuevo
polímero conductor a partir de m-fenilendiamina, p-fenilendiamina y o-fenildiamina (1).
La reacción de polimerización se basa en acoplamiento diazo. Esta es una reacción
para formar azo compuestos, en la que se acoplan un compuesto aromático, sal de
diazonio y un compuesto de alta densidad de carga. La sal de diazonio se hace
reaccionar con los electrones en el anillo aromático produciendo así una reacción
electrofílica. El punto de ataque es el átomo de carbono con una carga más alta. Por
tanto, el acoplamiento diazo depende de la densidad electrónica del anillo aromático. El
producto obtenido de esta reacción mostró un polvo con tamaño de partícula de
aproximadamente 250 nm. El polímero resultante tiene tres estructuras, donde el grupo
amino puede tomar tres posiciones: orto, meta o para.
Para modificar sus propiedades conductoras se doparon los productos con diferentes
cantidades de yodo. Se obtuvieron varios productos dopados que generan una gama
útil para la diferenciación de conductividades eléctricas. Se encontró que la
conductividad de poli-(azo-o-aminofenol) fue la más alta. En la reacción de
entrecruzamiento se observó que el aumento de la relación de NaNO2 tiene impacto
sobre la conductividad. Cuando la relación es baja, hace que la conductividad aumente;
cuando la relación aumenta, hace que la conductividad disminuya. La razón es el
aumento del nivel de reticulación que ayuda a que los electrones de una molécula se
muevan a otra cadena libremente.
Por otro lado el trabajo de A. F. Baldissera, J. F. Souza y C. A. Ferreira describe la
obtención de nanocompuestos con propiedades conductoras (2). Estos compuestos se
prepararon por polimerización in situ de anilina en medio ácido.
Los resultados demostraron que es posible obtener nanocompuestos de Polianilinamontmorillonita (PANI- MMT) por el método de síntesis química.
Para la caracterización de estos compuestos se utilizaron mediciones de conductividad,
IR, análisis termogravimétrico, difracción de rayos X. La conductividad de la
Polianilina/HCl (PANI/HCl) es de 83 s*cm-1, para el nanocompuesto la conductividad
eléctrica fue de 62 s cm-1 y para la polianilina-montmorillonita (PANI-MMT) obtenido a
partir de arcillas Na+, fue de 15 A y 20 A. Las conductividades de los nanocompuestos
son más bajos que la conductividad polianilina/HCl (PANI / HCl) porque la arcilla actúa
como un medio aislante. La difracción de rayos X patrones y microfotografías
evidenciaron la exfoliación eficiente de la arcilla por las cadenas polianilina y la
formación nanocompuestos de Polianilina-montmorillonita (PANI – MMT). Se observó
que la adición de arcilla condujo a una pequeña disminución en la conductividad, como
se esperaba, debido a la presencia del aislante entre las cadenas del polímero. Sin
embargo, los nanocompuestos todavía tienen una excelente conductividad eléctrica.
Bibliografía:
[1]. Hongchao, H., & Yingde, C. “Synthesis and conductive properties of a novel
azobenzene-based conjugated polymer”. Synthetic Metals, 205, 106–111.
doi.org/10.1016/j.synthmet.2015.03.001 (2015).
[2]. Baldissera, A. F., Souza, J. F., & Ferreira, C. A. ―
Synthesis of polyaniline / clay
conducting nanocomposites”. Synthetic Metals, 183, 69–72.
doi.org/10.1016/j.synthmet.2013.09.022 (2013).
Métodos versátiles utilizados para la síntesis de polímeros
conductores
Cynthia Guadalupe Ayala Rivera
Se han elegido estos artículos porque ambos abordan la síntesis de polímeros
conductores.
En el primer artículo Ling Feng Dai, Yuan He y Xiang Huang y colaboradores utilizaron
una nanoestructura de FeCl3 para sintetizar películas delgadas nanoestructuradas
porosas para varios polímeros conductores (1). El FeCl3 se considera como barato y
fácil de obtener, las cuales son características de una plantilla que se puede utilizar sólo
una vez. El método utiliza la plantilla porosa de FeCl3 preparada por evaporación del
disolvente del mismo compuesto que se polimeriza. logrando iniciar la polimerización de
monómeros. Este método es general para preparar películas nanoestructuradas
porosas de casi todas las clases de polímeros conductores sobre casi cualquier
sustrato. De igual forma el FeCl3 puede estar formado por la evaporación de etanol a
partir de una solución del FeCl3.
Para estudiar la formación de la nanoestructura porosa en una matriz de FeCl 3, los
efectos de temperatura de secado y la concentración de FeCl 3 fueron investigados. A
temperaturas de secado por debajo de los 30°C no se encontraron nanoestructuras
porosas. Sin embargo, por encima de 60°C el FeCl3 con morfología dendrítica se forma
pero se fractura fácilmente. Solo entre los 40°C a 50°C podrían obtener morfología
nanoestructurada porosa. Por otro lado, a una temperatura de secado de 45°C el
espesor de la columna vertebral de la nanoestructura aumenta de 90 a 130 nm con el
aumento de la concentración de FeCl3.
Con base en lo anterior, la evaporación del disolvente juega un papel importante en la
formación de la nanoestructura porosa de FeCl3 y la porosidad depende de la cantidad
del vapor de etanol. Debido a que el FeCl3 es soluble en agua, usaron deposición
química de vapor para sintetizar polímeros conductores utilizando poli pirrol a 60°C.
Finalmente se concluye que la nano estructura porosa del FeCl3 puede recubrirse con
diversos materiales independientemente de su conductividad suponiendo que el FeCl 3
es un método sencillo y versátil para la reposición de cualquier polímero conductor en
cualquier sustrato.
En el segundo artículo Efrant Shawat, Ilena Perelshtein, Andrew Westover, Cary L. Pint
y Gilbert D. Nessim sintetizaron un conductor largo y esferas superhidrofóbicas
tridimensionalees usando vapor químico termal, sintetizadas por deposición química de
vapor en Ar/O2 y mezclas de gases en sustratos con capa de catalizador Ni/Pd 2 (2). La
síntesis utilizó técnicas de calentamiento rápido y precalentamiento del gas precursor.
Observaron que la producción catalítica de películas delgadas de Ni/Pd es un orden de
magnitud mayor comparada con la misma película delgada cuando fue separada. De
igual manera observaron que el material restante afectó la morfología de la
nanoestructura obtenida. Las obleas se escindieron manualmente en cinco muestras de
5 mm utilizando una escriba diamante. El pre-tratamiento se realizó en dos hornos de
presión atmosférica conectados en serie, en un solo tubo de silicio fundido con un
diámetro interno de 22 mm. Cuando se produce la deslaminación, las esferas de
nanofibras de carbono crecen mucho más grandes que el sustrato de crecimiento de la
que deslaminaron. Después de la deslaminación se observó el crecimiento de CNF
desde partículas fragmentadas a partir de piezas del deslaminado.
Finalmente, se demostró que la capacidad de utilizar el crecimiento como una
herramienta para nano fabricación de plantillas nanoestructuradas de carbono en un
paso, sin transferencia adicional, puede permitir la fabricación a gran escala de nuevos
materiales para aplicaciones tales sistemas de almacenamiento de energía
electroquímica, demostrando una ruta de aplicación a materiales gruesos que pueden
servir como conductores, sensores y polímeros conductores.
Bibliografía:
[1]. Dai, L. He. Y., Huang, X., Cui, X., Wang, S., Ge, D. Shi W. “Versatile method for the
synthesis of porous nanostructured thin films of conducting polymers and their
composites”. RSC Adv., 5(44), 34616–34621. doi:10.1039/C5RA02161H (2015).
[2]. Shawat, E. Perelshtein, I. Westover, A. Pint, C. L. & Nessim G. D. “Ultra high-yield onestep synthesis of conductive and superhydrophobic three-dimensional mats of carbon
nanofibers via full catalysis of unconstrained thin films”. Journal of Materials Chemistry
A, 2(36), 15118. doi:10.1039/C4TA02864C (2014).
Estrategias para sintetizar polímeros conductores
M. G. Nava Ocampo.
Sabemos que la conjugación de dobles enlaces es importante para las propiedades de
conducción de los polímeros. El problema es que a veces es muy caro sintetizar
polímeros conductores. Por eso se buscan otras alternativas de síntesis.
H. Hongchao y C. Yingde propusieron un nuevo método para sintetizar polímeros
conductores a partir de un polímero con una cadena comprendida principalmente de
azobenceno, lo que resulta en materiales de bajo costo y mejor conductividad (1).
Para ello emplearon materias prima tales como m-fenilendiamina, p-fenilendiamina, ofenilendiamina que fueron usados como acoplamientos para el azobenceno, los
polimerizaron haciendo una reacción con NaNO2 y propusieron sintetizar al azobenceno
a través de diazotización.
El polímero resultante fue dopado con yodo. Para ello lo disolvieron en cloroformo y le
agregaron diferentes cantidades. Esta mezcla se aplicó sobre una oblea de vidrio y se
introdujo en un revestidor a 2000 rpm en un ambiente libre de polvo. Dando como
resultado cuatro nuevos polímeros poli (azo-m-fenilendiamina), poli (p-azo-fenilenediamine), poli (azo-o-fenilendiamina) y poli (azo-o-aminofenol). Caracterizaron los
productos con espectroscopía de IR y RMN de 1H.
Al medir la conductividad después de dopar se observó que el aumento de NaNO 2 tiene
impacto en la conductividad resultante. Cuando la relación del reactivo con NaNO 2 es
1:1, la conductividad es máxima; cuando la cantidad de NaNO 2 aumenta a mayores
proporciones, la conductividad disminuye. Esto se refleja en la electro-conductividad
después del dopaje por el yodo. En donde se observo que el poli (azo-o-aminofenol)
tiene una conductividad mayor comparando con los tres polímeros resultantes. Sus
propiedades ópticas fueron medidas con UV-vis espectros de absorción de los
polímeros que contienen grupos azo disueltos en solución de DMSO.
H. Hongchao y C. Yingde concluyen que las materias primas de los polímeros
conjugados basados en azobenceno son de bajo costo, con un proceso de síntesis
simple, obteniendo alta conductividad después de dopar. Algunas de las características
importantes son las propiedades semiconductoras y de absorción de luz, utilizadas
ampliamente en dispositivos fotovoltaicos y dispositivo PLED.
H. Hongchao y C. Yingde concuerdan en que se necesita más exploraciones para el
proceso sintético. Tal como temperatura de reacción, la influencia de control del valor
de pH de la naturaleza del producto y los cuatro tipos diferentes de polímeros, pero
dando un enfoque más amplio al poli (azo-o-fenilendiamina), y poli (azo-o-aminofenol),
ya que presentan un estado semisólido lo que lo hace mejor prospecto para la
conducción.
Por otra parte, Takuya Matsumoto, Yoshinobu Onishi, Kazuo Tanaka, Hiroyuki Fueno,
Kazuyoshi Tanakab y Yoshiki Chujo propusieron un nuevo método para sintetizar
polímeros conductores a partir de introducir moléculas de galio en el monómero (2). En
este trabajo, se presentan los polímeros conjugados estables incluyendo átomos de
galio tetracoordinados. El objetivo del trabajo es identificar la conjugación con estos
experimentalmente. Diseñaron polímeros que contienen galio con 2,4-di-terc-butil-6(dimetilamino) metil] fenil, para garantizar la conjugación a través de estos átomos. Se
realizó el cálculo con modelos de los compuestos y polímeros utilizando métodos de
orbitales moleculares. Los polímeros sintetizados mostraron buena solubilidad en
disolventes orgánicos comunes y suficiente estabilidad para medir una serie de
propiedades en condiciones ambientales.
Caracterizaron el producto resultante a través de difracción de rayos X (XRD) de cristal
único y espectros de 1H RMN. En los espectros de absorción UV-vis, la interacción
electrónica a través átomos de galio tretacoordinados, se sugirió a partir de los cambios
de pico del polímero en comparación con modelos de los compuestos El cálculo teórico
de estas moléculas apoya la interacción electrónica ampliada a través de la principal
cadena de polímero que implica a los átomos de galio.
Concluyen que al conjugar un monómero con átomos de galio da como resultado
polímeros conductores y una nueva manera de sintetizarlos. Estos polímeros
conjugados presentan propiedades de luminiscencia, conductividad eléctrica y
propiedades ópticas no lineales. Estos materiales son prometedores como
componentes clave de la próxima generación y / o dispositivos electrónicos orgánicos.
Bibliografía:
[1]. Hongchao, H., & Yingde, C. Synthesis and conductive properties of a novel
azobenzene-based conjugated polymer. Synthetic Metals, 205, 106–111. (2015).
[2]. Molapo, K. M., Ndangili, P. M., et al. Electronics of conjugated polymers: Polyaniline.
International Journal of Electrochemical Science. (2012).
TEMAS
 Voltametría cíclica: una herramienta con
potencial.
o J. Carlos Cortés Martínez
 Optimización en el diseño de la estructura de
polímeros conductores para mejorar su
aplicabilidad
o Oscar Uriel Bautista Francisco
Caracterización de polímeros conductores
Métodos de caracterización
Alonso D. Jacobo Hernández, J. Carlos Cortes Martínez, Kenia L Arellano-Quintana,
Oscar U. Bautista Francisco, Valerie G. Martínez-R.
La caracterización de los materiales consiste en la obtención de información (física,
química y molecular) de un material bajo estudio: composición, estructura, topología,
topografía, morfología y propiedades en general, a partir de la interacción de una señal
(eléctrica, luminosa o térmica, entre otras) con una pequeña porción de dicho material.
Este proceso nos permite conocer las peculiaridades del material, es decir, son las
características de dicho material las que condicionan su comportamiento.
En un polímero conductor, el uso de las técnicas de caracterización se restringe a
procesos superficiales, siendo estas el uso de métodos electroquímicos, ópticos y
espectroscópicos. De las técnicas electroquímicas de caracterización en polímeros
conductores se menciona la ciclovoltametríai. Por medio de voltametría cíclica podemos
tener información cualitativa de los procesos de transferencia de electrones.
También se puede estudiar el comportamiento reversible o irreversible de un par redox,
así como determinar el número de electrones transferidos en una oxidación o
reducción, y el mecanismo de la reacción, entre otras. La ciclovoltametría suele ser
utilizada para estudiar la influencia de la naturaleza del ion dopante, la capacidad del
material para almacenar carga, y la respuesta a un potencial aplicado. La voltametría
cíclica, es también conocida como "espectroscopía electroquímica" debido a que los
voltamogramas que se obtienen son característicos y dan información inequívoca de las
propiedades electroquímicas individuales de los sistemas redox.
Los resultados de la ciclovoltametría se muestran en un gráfico de corriente contra
potencial, que en este caso será el proceso de óxido-reducción presente en el analito,
este método otorga información cualitativa y cuantitativa del material, así se puede
saber a grandes rasgos su estructura y si el analito en la muestra escaneada es o no un
conductor.
Algunas otras técnicas, como la Resonancia Magnética Nuclear (RMN), técnica que
explota las propiedades magnéticas de ciertos núcleos, da evidencias del tipo de enlace
que se forma durante la polimerización y también muestra resultados sobre el tipo de
dopado. Las aplicaciones más importantes para su uso en química orgánica son la
i
https://www.youtube.com/watch?v=4B9svBSqiHs para conocer más sobre otros tipos de voltametría, entre ellos
Ciclovoltametría o voltametría cíclica.
espectrometría RMN de protones y la de carbono-13. En principio, la RMN es aplicable
a cualquier núcleo que posea espín.
Pueden obtenerse muchos tipos de información mediante un espectro RMN. Al igual
que se utiliza la espectrometría de infrarrojo para identificar grupos funcionales, el
análisis de un espectro RMN unidimensional proporciona información sobre el número y
tipo de entidades químicas en una molécula. Es una herramienta de gran valor para la
comprensión de la estructura y función de las moléculas. Este tipo de espectrometría se
puede aplicar a una amplia variedad de muestras, tanto en solución como en estado
sólido.
La RMN identifica un análisis atómico e isotópico de cualquier muestra dada ya que los
núcleos idénticos absorben en teoría, a la misma frecuencia,. Sin embargo, los núcleos
de los átomos se encuentran rodeados de electrones, los cuales giran en un pequeño
campo magnético produciendo una oposición externa haciendo que el núcleo sienta un
campo inferior al aplicado. En consecuencia del apantallamiento, se produce una
disminución de energía también llamado disminución en el espaciado de los niveles de
energía. Aunado a estas circunstancias se suma otro apantallamiento, este se debe a la
asimetría esférica que se ve reflejada en los orbitales produciendo corrientes inducidas
que hacen la aparición de la anisotropía magnética.
Los polímeros electrónicamente conductores son estructuras conjugadas, en las cuales
la cadena carbonada del polímero consiste de enlaces alternados sencillos, estos
átomos de carbono presentan una hibridación sp2 y están formados por enlaces  de
tipo covalente. En estos polímeros las distancias entre los átomos de carbono no son
iguales, lo cual conduce a disminuir la energía de los electrones π, comparado a sus
niveles en otros compuestos con estas distancias iguales.
Dado que la anisotropía e isotropía son aspectos evidentes en una RMN y vitales para
explicar por qué un polímero puede volverse conductor es necesario definir ambos
términos. La isotropía es una característica que se le adjudica a aquellos cuerpos
cuyas propiedades físicas no dependen de la dirección en que son examinadas.
La anisotropía por el contrario, es la propiedad general de la materia según la cual las
propiedades como: elasticidad, temperatura, conductividad, velocidad de propagación
de la luz, etc. varían según la dirección en que son examinadas. Para comprender
mejor a que se refiere el concepto de anisotropía recurrimos a un ejemplo sencillo,
como lo es una red cristalina, si pensamos en un espacio constituido por ejes en 3
dimensiones (x,y,z) encontramos que a lo largo de estas direcciones, el ordenamiento
espacial de los átomos es muy distinto, y por ello si se mide un módulo, este presentara
variaciones importantes según el eje desde el cual es medido, pudiendo ser, por
ejemplo, un aislante o un conductor.
En conclusión, la estructura juega un papel muy importante en las propiedades que un
polímero de cualquier tipo y/o molécula puede presentar y es posible observar y
conocer esta con los métodos de caracterización antes mencionados.
Bibliografía consultada:
[1] Heeger, A., MacDiarmid, A. G., & Shirakawa, H.; The Nobel Prize in chemistry,
2000: conductive polymers;Stockholm, Sweden: Royal Swedish Academy of Sciences,
(1–16).;(2000),
doi:http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2000/advancedchemistryprize2000.pdf
[2] Deek, J., Chung, P. J., Kayser, J., Bausch, A., & Safinya: C. R. "Salt-Responsive
Liquid Crystal Hydrogels: Neurofilament Network Structure and Mechanical Modulation."
;Biophysical Journal, ;104(2), 141a–142a. doi:10.1016/j.bpj.2012.11.805 ;(2013)
[3] Stevens, Malcolm.; "Polymer
Oxford University; (pág.551);(1999).
Chemistry."
;Oxford
University
Press:
[4] Richard S. Stein, Joseph P.; ―
Topics in Polymer Physics.‖ ;New York: Imperial
College Press; (pág.280-290); (2006)
[5] Brown T., LeMay Jr., Bursten B., ;‖Química. La ciencia central‖; Editorial Prentice
Hall Hispanoamericana SA. Séptima edición;P. (480-526); 1998
[6] Casanovas J., Armelin E., Iribarren J. I., Alemán C., Liesa F.De ―Quí
mica,; D. La
modelización molecular como herramienta para el diseño de nuevos polímeros
conductores‖; Polimeros: Ciencia e tecnología,;15(4), ;(239-244);(2015)
[7] Riande, E. ;‖Polímeros conductores‖.;Revista de Plásticos Modernos;80(534); /644654);(2000)
Voltametría cíclica: una herramienta con potencial
J. Carlos Cortés Martínez
Cuando se habla de polímeros conductores, en realidad se trata de polímeros oxidados
en los cuales la conductividad del material aumenta. La oxidación supone la generación
de dicationes a lo largo de la cadena polimérica, correspondiendo esto a un proceso de
electro-polimerización. Para la evaluación de las propiedades, se inicia con la oxidación
del polímero mismo mediante la aplicación de un potencial eléctrico, este proceso es
conocido como caracterización.
La caracterización de los materiales es el establecimiento de las características de un
material determinado a partir del estudio de sus propiedades físicas, químicas y
estructurales, entre otras. La caracterización de un polímero conductor suele estar
restringida a técnicas superficiales, siendo especialmente usados los métodos
electroquímicos. Una técnica utilizada para la caracterización de las propiedades de
materiales orgánicos semiconductores y conductores es la voltametría cíclica. Mediante
esta técnica podemos obtener información cualitativa de los procesos de transferencia
de electrones.
El trabajo ―
Voltametría cíclica: la espectroscopia química” (1) escrito por Elena Flores
B., y colaboradores ofrece una introducción a la espectroscopía química, que es otra
forma de referirse a la voltametría cíclica. El equipo usado en esta técnica se compone
de una celda de trabajo, de electrodos y de un potenciostato. La mayoría de los equipos
usan una celda con tres electrodos: el de trabajo, que es donde tiene lugar las
reacciones de interés; el de referencia, que tiene un potencial conocido y el auxiliar o
contra electrodo, que generalmente es de platino u otro material.
Este sistema permite minimizar errores de voltaje, debido a caídas óhmicas a través de
la solución. La celda presenta cinco orificios, tres de ellos para colocar los electrodos,
uno por donde se puede introducir gas si se requiere, el otro por donde se coloca el
electrólito y la muestra que se va a analizar. Las terminales de los tres electrodos
utilizados son conectadas a un potenciostato, que es un instrumento que controla el
potencial del electrodo de trabajo y mide la corriente resultante. Los resultados
experimentales que se obtienen con esta técnica son los voltamogramas, en ellos
aparecen todos los datos obtenidos en forma de gráficos que muestran la variación de
la corriente contra el voltaje aplicado.
Resulta muy útil que se nos advierte de las precauciones que debemos tomar, por
ejemplo, se debe tener mucho cuidado en la preparación de la muestra y cualquier
impureza que pueda perjudicar la calidad de los voltamogramas. Otra precaución que
se debe tomar es observar si la muestra no es estable y se oxida fácilmente es
preferible usar atmósfera inerte.
Arrieta-Almario y Tarazona-Cáceres desarrollaron un sistema electrónico multicanal de
medidas electroquímicas o multipotenciostato, basado en la técnica de medición de
voltametría cíclica, controlado desde una computadora que monitorea, tanto el voltaje
generado desde la PC y suministrado a una celda electrolítica, como la corriente que
circula a través de los electrodos de trabajo de dicha celda. En su trabajo intitulado
―
Sistema multipotenciostato basado en instrumentación virtual, Ingeniería Investigación
y Tecnología‖ (2) ellos describen el material necesario para aprovechar su desarrollo.
Este fue la instrumentación virtual para diseñar el software de aplicación y la interfaz de
usuario, así como módulos de adquisición de datos NI 9263 y NI 9203 de National
Instruments ® para la comunicación entre el circuito multi-potenciostato y el software
diseñado.
El software desarrollado, permite realizar análisis de reacciones electroquímicas
mediante la técnica de voltametría cíclica, para la cual fue posible establecer
parámetros de potenciales aplicados a un conjunto de sustancias utilizadas. Esto
permitió tener más control sobre las prestaciones del dispositivo, tener un mejor
acoplamiento con la red de sensores, con el software de control y tratamiento de datos.
Por esto, el dispositivo diseñado puede llegar a tener más utilidad en los diferentes
procesos industriales, debido al desarrollo tecnológico que estos sistemas de medida
están alcanzando.
Bibliografía:
(1)Elena Flores B., Voltametría cíclica: La espectroscopia química parte I, Revista de
Química. Vol. IX. No 2. Diciembre de 1995.
(2)Arrieta-Almario y Tarazona-Cáceres, Sistema multipotenciostato basado en
instrumentación virtual, Ingeniería Investigación y Tecnología, volumen XV (número 3),
2014.
Optimización en el diseño de la estructura de polímeros conductores
para mejorar su aplicabilidad
Oscar Uriel Bautista Francisco
Las propiedades y aplicaciones de los polímeros conductores están directamente
relacionadas con su estructura, en tiempos recientes se ha optimizado el diseño de
estos materiales para así obtener compuestos con una estructura especifica que mejora
sus propiedades y permite que estos tengan un área de aplicación más extensa.
El trabajo de Huan Pang y colaboradores (1) presenta un panorama introductorio a la
preparación de materiales compuestos con estructuras segregadas de polímeros
conductores. El problema de los polímeros conductores ordinarios, cuyo proceso de
elaboración es por lo general altamente complejo, es que presentan propiedades
mecánicas de baja eficiencia y son costosos. Como una alternativa de solución se
presenta un nuevo método que consiste en la elaboración de cadenas poliméricas
seccionadas a las cuales se les agrega un relleno conductor (conductive fillers) en
áreas localizadas a lo largo de la cadena carbonada.
Para lograr una estructura de esta naturaleza se emplea el método de combinación por
fusión. Este método consiste en fundir ambos materiales (el polímero y los rellenos) y
mezclarlos una vez que han llegado a este cambio de fase. Esto genera estructuras
que tienen mejor capacidad de conducción y un proceso de elaboración que es más
sencillo y menos costoso que aquellos que son producidos por el método ordinario. Por
lo general, este tipo de materiales se emplea en la fabricación de baterías orgánicas,
diodos emisores de luz, celdas solares, entre otros.
En el año 2015 se publicó el trabajo de Kenia Saranya y colaboradores (2).,Éste se
enfoca en la aplicación de polímeros conductores a la elaboración y mejoramiento de
las celdas solares, cabe mencionar que este tipo de compuestos son ideales para la
fabricación de celdas solares, en gran medida, por su estructura y las propiedades
específicas que derivan de ésta.
Los polímeros conductores pertenecen a la categoría de compuestos de tercera
generación empleados en la elaboración de celdas solares, este tipo de materiales son
mejores candidatos que sus predecesores de segunda generación, como lo son el
platino y el galio, dado que presentan una mayor eficiencia conductora y su elaboración
es más sencilla y menos costosa. Esto se debe a que presentan propiedades
electroquímicas únicas y exhiben las propiedades eléctricas y ópticas de un
semiconductor al mismo tiempo que presentan las propiedades físicas de un polímero.
Como ya es bien sabido el método de dopaje que le brinda a un polímero la capacidad
de conducir es una reacción de óxido-reducción casi instantánea, es esta la razón que
vuelve de gran utilidad a este tipo de estructuras para emplearlas como contra electrodo
en celdas solares, ya que complementan el circuito necesario para el funcionamiento de
estas.
En conclusión los polímeros conductores presentan una amplia gama de aplicaciones,
todas ellas dependen de su estructura misma que le brinda sus propiedades únicas,
vale la pena mencionar también que se han vuelto populares gracias a que son de bajo
costo y tienen un proceso de elaboración sencillo, además de que poseen propiedades
tanto de semiconductor como de polímero.
Referencias
(1)Pang, Huan, Xu, Ling, et al, Conductive polymer composites with segregated
structures, Progress in Polymer Science, volumen 39, 2014.
(2)Saranya, K., Rameez, Md., Developments in conducting polymer based counter
electrodes for dye-sensitized solar cells – An overview, European polymer journal,
volumen 66, 2015.
TEMAS
 Optimización y reducción de costos en polímeros
conductores.
o Hernández López Juan Rolando.
 Algunas estrategias para mejorar la conductividad de los
polímeros orgánicos conductores
o Ana María Morales Vidal
 El detrás de cámaras de unos pilotos muy peculiares
o Apsahara G. Hodges.

Tiofeno y pirrol: el futuro de los polímeros conductores.
o Ángeles Cárdenas Pacheco
 Solitones
o Mendoza Sánchez Saraí Yael
Conductividad de polímeros
A. Ma. Morales–Vidal, A. N. González-Hodges, G. Galeana – Moreno, J. R. López –
Hernández, L. Ma. Cárdenas–Pacheco, S. Hernández – Castro, Y. S. Sánchez Mendoza.
A lo largo de la historia, los descubrimientos accidentales han sido motivo tanto de
fracaso como de avance, en todos los ámbitos humanos, y la ciencia no es la
excepción. En el año de 1977 el Dr. Shirakawa y su equipo cometieron un error, resulta
que añadieron mil veces más la cantidad de catalizador necesario al tratar de sintetizar
poliacetileno; este accidente, trajo consigo uno de los descubrimientos más
significativos del siglo XXI: La creación de polímeros conductores.
Los polímeros, son un conjunto de monómeros que, al unirse, alternan sus enlaces
sigma y pi, creando una capa de densidad electrónica a los costados de la cadena
polimérica con los orbitales de valencia de cada uno de los monómeros. La mayoría de
los polímeros son buenos aislantes. Pero algunos conducen la electricidad a un
pequeño grado, bajo la influencia de luz, por ejemplo, el poly(N-vinilcarbazol), que es un
fotoconductor. Los polímeros son semiconductores, debido a que presentan una
conductividad casi nula, por lo que sus aplicaciones primordiales son como aislantes.
Algunos polímeros notables tienen una gran capacidad conductora en presencia de
algunos aditivos, llamados dopantes.
La conductividad se puede dar en cualquier material que permita un libre movimiento de
los electrones a través de su estructura. Esta propiedad está limitada por tres factores:
la pureza, la temperatura y la estructura electrónica del material. Definiremos
brevemente los tres diferentes tipos de fenómenos de conducción característicos,
según el tipo de material:
 Conductor: El material deja circular una corriente eléctrica a través de su estructura,
mostrando algún grado de resistencia al flujo de electrones.
 Superconductor: Permiten una corriente eléctrica, con la sorprendente cualidad de
no mostrar o tener resistencia alguna al flujo eléctrico, ni presentar pérdida de
energía.
 Semiconductores o dieléctricos: Pueden comportarse como conductor o como
aislante dependiendo de las cualidades específicas del material o del medio al cual
se le exponga.
Figura 1 Observamos la conductividad de distintos materiales medida en S/m (siemens
por metro) desde aislantes hasta conductores.
Por medio de diferentes procesos se puede manipular la estructura química de un
material para que presente propiedades conductoras. En el caso de los polímeros esto
se logra con el dopaje, la ionización por solitones y la electroquímica, por mencionar
solo algunos de los procesos conocidos. El método más popular es el dopaje, que
básicamente consiste en oxidar o reducir la molécula. Hay dos tipos de dopaje: el
dopaje tipo ―N
‖ y el tipo ―P‖. El primero consiste en añadir átomos de diferente tipo para
aumentar el número de cargas libres en la molécula, es decir reducir la molécula. En
cambio, el dopaje tipo ―P‖ lo que hace es oxidar la cadena por medio de otros átomos
para poder generar huecos en la banda de valencia, logrando mayor libertad de
electrones en la cadena requiriendo con menos energía (consultar figura 2). Un hueco
de electrón es la ausencia de electrones en la banda de valencia.
Figura 2(http://www.eis.uva.es/~macromol/curso11-12/Francisco/polimeroselec/PAG5.html)
Otro método es la ionización por solitones. Los solitones o fonones son básicamente
ondas electromagnéticas con una frecuencia constante que no se debilita al atravesar
materia, éstos comúnmente son utilizados en la física de sólidos ya que a diferencia de
los fotones, que son partículas de energía luminosa, el fonón es una partícula que
provoca oscilaciones de cierta frecuencia provocando ruido o resonancia en la
molécula. Para llevar a cabo la ionización se bombardea la estructura con los solitones,
esto altera el nivel energético de los electrones de la banda de valencia. La cadena
tiende a doblarse o torcerse cuando son atravesadas por los solitones, lo cual favorece
que dicha partícula transporte las cargas a través de redes cristalinas o materiales
orgánicos como los polímeros conductores a nivel molecular.
Figura 3 Tres tipos de solitones y sus bandas de energía.
El método de síntesis electroquímica, cuenta con la ventaja de que se tiene controlado
el grosor y la forma del polímero. Consiste en aplicar una diferencia de potencial en una
disolución en la cual se encuentra disuelta una sal, que a su vez tiene a los monómeros
en un electrodo, con el tiempo y la intensidad de corriente, los monómeros empezaran a
conglomerarse formando el polímero. El compuesto iónico disuelto en el agua juega un
papel importante, ya que además de permitir la conducción de corriente en la solución,
provoca que el polímero sea creado de raíz con la propiedad conductora por la
oxidación o reducción de los iones de la sal.
La mejor manera de explicar la conducción de los polímeros, sin importar el método que
se haya usado, es a través de la teoría de bandas. Éste postulado nos propone la
existencia de dos orbitales actuando entre sí. El primer orbital es el de valencia también
conocido como banda de valencia y el segundo orbital es conocido como banda de
conducción, que es el siguiente orbital inmediato de la banda de valencia; siendo el
movimiento de los electrones entre estas bandas lo que explica la conducción.
Para que exista una mayor conducción, la separación entre la banda de conducción y la
banda de valencia tiene que ser mínima (consultar figura 4), de ésta manera los
electrones pueden saltar entre las bandas con el mínimo de energía. En el caso de los
semiconductores, cuando la molécula ya ha sido alterada la banda de conducción es
ocupada por electrones libres, aquellos que fueron desligados de la banda de valencia
son responsables de la conducción eléctrica.
Figura 4 Esquema de la estructura de las bandas de los tres materiales.
(http://www.quimitube.com/videos/enlace-metalico-teoria-de-bandas)
A pesar de la gran utilidad a nivel tecnológico que podría brindarnos esta clase de
polímeros, aún no queda resuelto cómo mejorarlos a nivel energético ya que la
conductividad de éstos se debilita en función de la temperatura; sin embargo estos
métodos y la teoría de bandas son un método sencillo para analizar el movimiento
continuo de un gran número de electrones y a su vez para explicar cómo y qué hacen
los distintos procesos de síntesis para lograr que un compuesto eléctricamente inerte,
se convierta en un conductor.
Bibliografia consultada:
[1] Singh, H. Organic conductive molecules and polymers. Conductive Polymers:
Transport, photo physics and application. Estados Unidos. CRC. (2009)
[2] Stevens, Malcolm; "Polymer Chemistry.”; Oxford University Press: Oxford University;
(1999).
[3] Canaher, C. “Polimer chemistry.” ;New York: Marcel Decker, Inc. (2003).
[4] Gordon, G; Geoffrey, “Conductive electro active polymers. Intelligent Polymer
Systems.” Inglaterra. CRC Press. (1997).
[5] Kirova, N. B., S. Choi, A. Park, Y.W. “Non-linear transport by solitons in nanofibers of
polymers in high magnetic field.” Physica B: Condensed Matter, 407, 1939-1942. 2015,
(2012).
[6] Velázquez, M.P. “Síntesis enzimática de polímeros potencialmente conductores a
partir de compuestos aromáticos.” Journal of chemistry, 1, 1-63. 2015, (2009).
[7] Liu, Jie Li, Tao. ―
Pressure-induced quenching of soliton in the pernigraniline-base
polymer.” Synthetic Metals, 162, 563-565. 2015, (2012).
[8] Hongchao, Hu Yingde, Cui. ―
Synthesis and conductive properties of a novel
azobenzene-based conjugated polymer.” Synthetic Metals, 205, 106-111. 2015, (2015).
Lectura sugerida:
Teoría de bandas: http://www.quimitube.com/videos/enlace-metalico-teoria-de-bandas
Optimización y reducción de costos en polímeros conductores.
J. R. López-Hernandez
La investigación en polímeros conductores se centra en dos aspectos, una es mejorar
el rendimiento del material y la otra es para reducir su costo. Por ello, se inició el
estudio de polímeros como el azobenceno.
Hu Hong Chao y Cui Ying realizaron experimentos con el azobenceno con el fin de
mejorar su rendimiento a partir de cuatro diferentes acoplamientos en su cadena: mphenylenediamine, p-phenylenediamine, o-phenylenediamine, o-aminophenol (1). Los
productos obtenidos en las cuatro diferentes condiciones de síntesis son muy diferentes
entre sí. Las diferencias variaban en cuanto a su conductividad y la solubilidad.
Con base en estos resultados, doparon con vapor de yodo cada uno de los polímeros.
Los resultados más favorables se obtuvieron con el poly-(azo-o-phenylenediamine) y
con poly-(azo-o-aminophenol), resultaron tener una alta solubilidad y una conducción
comparable con los metales. La máxima conducción alcanzada en estas pruebas fue de
1.798 S cm-1 que corresponde al poly-(azo-o-phenylenediamine) seguido por el poly(azo-o-aminophenol) con una conducción de 10-6 1/Ωcm.
La versatilidad de uso de estos dos polímeros ya esta siendo aprovechada en diversas
aplicaciones como celdas fotovoltaicas en paneles solares, baterías y capacitores de
alto rendimiento por mencionar algunas. Los materiales para crear estos polímeros con
base de azobenceno son relativamente baratos y su producción es simple y presentan
una alta conducción después del dopaje.
Por otra parte Jie Liu del Instituto de Física de Estados Sólidos en Chengdu, China (2)
busca mejorar el rendimiento de estos materiales por medio del sometimiento de altas
presiones a los polímeros, al mismo tiempo que propagan solitones a través de la
cadena.
Los estudios de Jie Liu y colegas, demostraron que si a un polímero se le aplica una
presión de entre 4.7 y 12 GPa la conducción del polímero aumenta significativamente.
Esto se debe a que la compactación del polímero, elimina la brecha que hay entre la
banda de valencia y la banda de conducción. Actualmente no han logrado demostrar lo
que ocurriría al bombardear la estructura con solitones estando bajo la presión crítica
del polímero. De momento, solamente hay modelos matemáticos que les han permitido
predecir que el polímero específicamente la poli-anilina, aumentará su conductividad al
punto de imitar a un metal.
El resultado de estas investigaciones, tendrá consecuencias importantes en diversas
ramas de la industria fotovoltaica, ya que los bajos costos en la producción de estos
polímeros, resultan atractivos para llevarlos a escala industrial, mientras que al mismo
tiempo se busca mejorar la conductividad de por sí ya alta en los polímeros con
estructuras aromáticas.
Bibliografía:
(1) Hong Chao, Hu Yingde, Cui. (2015). ―Sy
nthesis and conductive properties of
a novel azóbenzene-based conjugated polymer‖. Synthetic Metals, 205, 106-111.
2015.
(2) Liu, Jie Li, Tao. (2012). ―Pressu
re-induced quenching of soliton in the
pernigraniline-base polymer‖. Synthetic Metals, 162, 563-565. 2015.
Lectura sugerida:
Ficha técnica del azobenceno:
http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/424633
Ficha técnica del m-phenylenediamine:
http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/p23954
Ficha técnica del p-phenylenediamine:
http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/p6001
Ficha técnica del o-phenylenediamine:
http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/p23938
Ficha técnica del o-aminophenol:
http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/fluka/36683
ALGUNAS ESTRATEGIAS PARA MEJORAR LA CONDUCTIVIDAD DE
LOS POLÍMEROS ORGÁNICOS CONDUCTORES.
Ana María Morales Vidal
El aprovechamiento de las propiedades conductoras de los polímeros orgánicos, se ve
favorecido con estudios específicos de la conductividad de iones y las condiciones en
las que esta mejora. Por ejemplo, en el trabajo de Coletta y colaboradores se
encontraron algunos polímeros aromáticos, que cuentan con características de
conductividad mayores al ser dopados que al no serlo (1).
Sin embargo, no sólo es el libre movimiento de la cadena polimérica el responsable de
que el polímero tenga propiedades conductoras, sino también el dopante (líquido iónico)
que es la fuente dominante de la conductividad.. Al aumentar en un 10% la masa, se
contribuye a la absorción de dicho líquido. Esto gracias a la correlación entre el PEG
(Polietilenglicol) y la poliimida, pues mientras aumenta la cantidad de PEG, la poliimida
aromática disminuye teniendo como resultado, grandes cantidades de absorción del
dopante.
Para la obtención de dichos resultados, se emplearon las siguientes técnicas: síntesis
de PEG que contienen poliimidas, fundición/imidización, análisis gravimétrico térmico,
scattering de ángulo pequeño de rayos x, espectroscopia de impedancia electroquímica
y voltametría cíclica, calorimetría diferencial de barrido (DSC) por sus siglas en inglés,
transformación Fourier de espectroscopia infrarroja; para determinar las propiedades de
estos materiales.
Al igual que Coletta y colaboradores usaron la técnica de calorimetría diferencial de
barrido (DSC), también lo hicieron Casalini y colaboradores de acuerdo con el artículo
―Ionand Chain Mobility in a Tetrazole Proton-Conducting Polymer‖(2), aparte de la
técnica en común, tienen un objetivo en común: mejorar las propiedades conductoras
de los polímeros para el desarrollo y aprovechamiento de nuevas y existentes
tecnologías. Con la diferencia de que Coletta trabajó con PEG-poliimidas y Casalini con
alcoxi nitrilo-1H tetrazol-co-alcoxi.
Para lograr su objetivo, Casalini y colaboradores pretenden obtener una mejor PEM
(membrana de polímero electrolítico) con conductividad de nafion hidratado, pero sin la
necesidad de las moléculas de agua para la conductividad. Es por ello que en dicho
trabajo se describen las mediciones dieléctricas y mecánicas en un protón polímero
conductor. Teniendo dos fases de relajación: una lenta y otra de mayor frecuencia. Ellos
observaron que a temperaturas más altas a las del ambiente, el nafion se deshidrata y
el aumento de movilidad pasa de 3 órdenes de magnitud (cuando depende de las
moléculas del agua su movilidad) y 1 orden de magnitud a 368 K (en estado
deshidratado). A diferencia de PS-(Tz-co-CN), en el cual la movilidad de protones
depende de la movilidad del grupo colgante (tetrazol), y por lo tanto la dependencia de
la temperatura es más fuerte. Por lo que
concluyen que existe una relación entre la relajación segmentaria de la fase tetrazol,
con la movilidad de iones. Es decir, el tetrazol está acoplado a la conductividad iónica.
A pesar de que los polímeros conductores no ha sido un campo experimentado y no
hay mucha información de ellos, se ha llegado a grandes avances tecnológicos. Es por
ello que las investigaciones siguen, aunque no es fácil de entender el comportamiento,
ni las propiedades de los polímeros conductores. Pero es importante conocerlos y saber
su funcionamiento ya que todo el tiempo convivimos con ellos, y nos ayudan al
desarrollo de nuevas tecnologías.
Bibliografía:
(1) E. Colleta, M.F Toney and C. W. Frank ―I
mpacts of polymer–polymer interactionsand
interfaces on the structure and conductivity of PEG-containing polyimides doped with
ionic liquid‖ Polymer (Guildf) 55 6883–6895 2014
(2) R. Casalini, B. L. Chaloux, C. M Roland, and H. L. Ricks-Laskoski ―Ionand Chain
Mobility in a Tetrazole Proton-Conducting Polymer‖ J. Phys. Chem. 118 6661–6667
2014.
Tiofeno y pirrol: el futuro de los polímeros conductores
Leslie María de los Ángeles Cárdenas Pacheco.
Después del descubrimiento de los polímeros conductores, se ha abierto un campo muy
amplio de investigación en la búsqueda de métodos y técnicas para mejorar las
propiedades eléctricas y funcionales de los materiales conductores orgánicos.
Generalmente, un polímero orgánico conjugado se transforma en un polímero
conductor mediante reacciones de oxidación-reducción, lo cual introduce acarreadores
de carga en su estructura (dopado) y provoca que la conductividad del material
aumente.
Dentro de los polímeros conductores, destacan los materiales derivados de compuestos
heterocíclicos debido a la facilidad de polimerización y para controlar el dopado del
material mediante procesos electroquímicos y introducir grupos funcionales en su
estructura que permiten regular sus propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas. Los
polímeros conductores heterocíclicos más conocidos son el polipirrol y el politiofeno.
El presente trabajo se basa en los artículos de M. Díaz y colaboradores (1) y Jordi
Casanova y sus colaboradores (2). Los primeros reportaron la síntesis de polipirrol
mediante un procedimiento electroquímico para obtener un material limpio y, además,
controlar el grado de dopado. El control de la síntesis permite que se tenga un material
con mejores propiedades eléctricas. Por otro lado, Casanova y colaboradores realizaron
estudios teóricos con el fin de predecir la estructura molecular, electrónica del
politiofeno y, de esta manera, proponer posibles soluciones a los problemas de
procesabilidad de los polímeros conductores.
En el caso de la síntesis del polipirrol, el proceso reportado por los autores consistió en
la oxidación del pirrol mediante la aplicación de un potencial eléctrico que genera
especies químicas cargadas (dicationes o radical-cationes). Las especies formadas
reaccionan con otras moléculas de pirrol para formar un polímero que se va
depositando sobre el electrodo. La carga positiva generada es contrarrestada por
iones dopantes de carga negativa provenientes de la solución de electrolito. Una vez
depositado el material, se somete a procesos de óxido-reducción, los cuales determinan
el tipo de flujo predominante que puede ser catiónico o aniónico. La carga de tales
flujos determina el agente dopante que compensará la carga del polímero durante la
electro-polimerización.
Con este método se obtuvieron películas poliméricas conductoras a partir del
monómero de pirrol. Una vez que el potencial fue aplicado para la síntesis, este afectó
la estructura del polímero haciéndolo conductor
.
El reactor de síntesis consistió en una celda cilíndrica de vidrio en donde se adapta el
electrodo de trabajo donde ocurre la reacción, un electrodo de referencia para controlar
el potencial aplicado, un contra electrodo para cerrar el circuito eléctrico, una salida de
aire y un burbujeador. Lo electrodos utilizados son capas de acero inoxidable, el
electrodo de referencia fue una placa de Ag/AgCl con un potencial de -0.22V. El
potencial aplicado para la síntesis electroquímica del polímero se controla mediante un
potenciostato-galvanostato (BASI CV 50W). Para caracterizar el material se empleó un
microscopio electrónico de barrido y espectrómetro de Infrarrojo de Transformada de
Fourier.
El trabajo de Casanova consiste en el estudio téorico de la estructura molecular del
politiofeno para comprender como diferentes aspectos de la estructura del politiofeno
(geometría molecular, planaridad y sus cambios estructurales debidos a su dopaje)
influyen en las propiedades eléctricas del material.
En su artículo destacan que los polímeros conductores presentan una distribución
alterna de enlaces carbono–carbono sencillo y doble, lo cual permite que haya una
deslocalización de l
es suficiente para que un polímero presente alta conductividad eléctrica. Para lograr
que el polímero conduzca es necesario un agente oxidante que sea capaz de extraer
electrones de la cadena y generar acarreadores de carga (huecos) proceso
comúnmente conocido como dopaje. El dopaje de un polímero conlleva a un gran
cambio tanto en su estructura electrónica como en su geometría.
La modelización molecular es llevada a cabo mediante cálculos de mecánica cuántica
de las macromoléculas del polímero especialmente sobre politiofeno. Los resultados de
dichos estudios indican que, para que exista una mejor conductividad, la estructura del
tiofeno debe ser plana. La estructura plana presente en el tiofeno facilita la movilidad de
los acarreadores de carga, ya que favorece el solapamiento entre los orbitales atómicos
tipo . Las predicciones de la modelización realizada por Jordi Casanova indican cuáles
características estructurales son las adecuadas para obtener materiales estables y
altamente conductores. Estos resultados permiten el diseño de polímeros conductores
para después intentar su síntesis en el laboratorio.
El dopado es el proceso crítico para controlar la conductividad de los polímeros
conductores. Este proceso está relacionado con el potencial de ionización de la cadena
polimérica y de la afinidad electrónica del agente oxidante empleado para dopar. Este
hecho implica que la interacción y la transferencia de electrones desde el polímero
hacia el dopante y viceversa es un proceso controlable. Por ello es importante estimar
de manera eficiente el potencial de ionización del polímero, el cual debe ser bajo, ya
que este indica si el dopante (aceptor) es idóneo para ionizar al polímero. En el caso de
la afinidad electrónica del dopante, esta debe ser alta para facilitar el dopado. Jordi
propone que la modelización molecular impactará de forma significante a la próxima
generación de polímeros conductores, al permitir la optimización de su obtención y el
desarrollo de aplicaciones.
Bibliografía:
(1) Diaz, M., Rojas, A., Vera, E., & Cortes, M. ―Sí
ntesis Electroquímica y caracterización
eléctrica de polímeros conductores a partir de pirrol‖. Revista colombiana de Física,
37(2), 357-360. (2005).
(2) Casanovas, Jordi, Armelin, Elaine, Iribarren, José Ignacio, Alemán, Carlos, Liesa,
Francisco.‖ La modelización molecular como herramienta para el diseño de nuevos
polímeros conductoresPolímeros‖: Ciência e Tecnologia (2005)
Para un mejor entendimiento véase también:
Explicación procesos electroquímica:
http://prepa8.unam.mx/academia/colegios/quimica/infocab/unidad121.html
Explicación a electrolíticos:
http://ocw.upm.es/ingenieria-quimica/ingenieria-de-la-reaccionquimica/contenidos/OCW/OR/pelectroquimicos.pdf
Explicación a modelación molecular:
http://nereida.deioc.ull.es/~pcgull/ihiu01/cdrom/gaussian/contenido/node1.html
Explicación amplia a polímeros conductores:
http://www.ehu.eus/reviberpol/pdf/publicados/choy.pdf
Explicación a potenciostato:
http://quimica.laguia2000.com/conceptosbasicos/potenciostato#ixzz3bpVzeZLz
El detrás de cámaras de unos pilotos muy peculiares
Apsahara G. Hodges.
El trabajo de J.L. Bredas y G.B. Street(1) explica los mecanismos del dopaje desde una
perspectiva química. Así mismo el artículo escrito por A. J. Heeger y sus
colaboradores(2), ayuda a ampliar los conceptos para entender éste fenómeno.
Existen polímeros como el polinitruro de azufre que presenta un carácter metálico
debido a la presencia de electrones no apareados, sin embargo existen muchos otros
materiales poliméricos con su capa completa donde todos los electrones están
apareados. Haciendo esto la diferencia entre los polímeros dieléctricos y los
conductores. Al buscar aprovechar las características de polímeros como el polinitruro
de azufre se observó que al exponerlo a algún agente oxidante se podía mejorar su
propiedad conductora. Por este proceso llamado dopaje, que no es más que una
reacción redox, se obtuvo poliacetileno con una conductividad de 10 3(Ω.cm)-1.
La oxidación o reducción también puede ser de manera electroquímica, en algunos
polímeros como son en polipirrol, politiofeno y otros derivados. En este proceso se
expone al polímero neutro a un voltaje apropiado en una celda electroquímica, así el
polímero es reducido u oxidado. El método electroquímico presente ventajas sobre los
otros, ya que es reversible.
Otro factor importante a considerar para explicar la propiedad eléctrica del material es la
formación de bandas electrónicas. Es decir la banda de valencia, la banda de
conducción y la banda prohibida, que es la anchura entre las bandas anteriores siendo
la que determina la propiedad conductora.
Para favorecer a la estabilidad energética del polímero orgánico conjugado se forma un
polaron, que se define como un ión radical asociado con la presencia de estado
electrónico localizado. Si removemos un segundo electrón formaremos un bipolaron; es
un decir un par de cargas iguales asociadas a una fuerte distorsión reticular, o bien
podemos verlo como tres pares de solitones confinados.
Un soliton se puede definir como las excitaciones producidas por el bajo nivel
energético, que provoca la sucesión de dos enlaces simples en la cadena del polímero.
Siendo el traslade de estas excitaciones a lo largo de la cadena un punto importante a
considerar en la conductividad de los polímeros.
Es así como por el dopaje, la formación de bandas electrónicas, solitones, polarones y
bipolarones se explica el por qué existe conductividad en algunos polímeros, siendo
éstos los factores a los que se les da mayor énfasis.
BibliografÍa:
(1)
Bredas, J.; Street, G. "Polarons, Bipolarons, and Solitons in Conducting Polymers" Acc.
Chem. Res.1305 309–315 (1985)
(2)
Heeger, A. J.; Kivelson, S.; Schrieffer, J. R.; Su, W. P. "Solitons in Conducting
Polymers" Rev. Mod. Phys.60781–850 (1988)
Solitones
Yael S. Sánchez Mendoza
Las excitaciones no lineales como solitones, polarones y bipolarones, por citar algunos
ejemplos, son los responsables de las propiedades conductoras de los polímeros. Los
solitones, también conocidos como ondas solitarias, están formadas por partículas
llamadas fonones, que son entes de energía vibratoria. Éstas ondas solitarias se
propagan sin deformarse en un medio no lineal.
Los científicos Kirova, Brazovskii, Choi y Park, obtuvieron resultados en la conducción
no lineal, realizados con nano fibras de polímeros conductores, en un campo magnético
H, con temperaturas de 303.15 hasta 1.5 en la escala Kelvin (2). Para el poliacetileno
(PA), el MC disminuye con mayor rapidez ocasionando, la desaparición completa de los
campos a 50kV/cm. Por lo que es importante conocer que los polímeros de las fibrillas
locales poseen un orden en la línea del cristal, lo cual, particularmente es importante en
el PA dentro de la reclusión de solitones no unidos en los pares.
Existen configuraciones que son viables de acuerdo a la concentración de dopantes y la
fuerza de reclusión o confinamiento; la más importante está enunciada a continuación:
Fase iónica de bisolitones, favorable al bajo dopaje y reclusión mínima, afectado por el
campo eléctrico. En esta fase, con una baja concentración de CH por unidad, los
dopantes son distribuidos aleatoriamente a distancias grandes a lo largo de la cadena y
su número es dos veces mayor que la de los bisolitones.
Por otra parte, los científicos Liu y Li presentan una investigación acerca del
comportamiento de un solitón cargado bajo presión, con la teoría del mecanismo
conductor de un polímero bajo presión (1). Sus resultados mostraron que con un
incremento de 5.69 GPa en la presión, la energía de excitación del solitón se reduce de
10.02 a 3.64 eV, mientras que el espacio o hueco y la red de distorsión desaparece.
Concluyeron que de acuerdo a las observaciones experimentales en la conductividad
eléctrica, ésta incrementa con la presión en estado saturado.
Bibliografía:
1) Liu, J., & Li, T. Pressure-induced quenching of soliton in the pernigraniline-base
polymer. Synthetic Metals, 162, 563–565. (2012).
2) Kirova, N., Brazovskii, S., Choi, a., & Park, Y. W. (2012). Non-linear transport by
solitons in nanofibers of polymers in high magnetic field. Physica B: Condensed Matter,
407, 1939–1942. (2012).
TEMAS:
 La versatilidad de la óptica a escala
o Stephanie Castro
 Polímeros conductores impresos, un futuro más
brillante para la ciencia.
o Alonso Daniel Jacobo Hernández
 Aplicaciones de polímeros conductores: OLED’s
o Jael García Delgado
 Los músculos artificiales a partir de polímeros
conductores.
o Alberto Hernández
 Películas poliméricas
o Bryone Rubi.
 Aplicación de polímeros conductores en sensores
implantables y electrodos para proveer señales
auditivas
o Carlo Baruch Santos Flores.
APLICACIÓNES DE POLÍMEROS CONDUCTORES
Alberto Ramírez García, Alejandro Arturo Valois Jaime, Bryone Rubí Flores, Carlo
Baruch Santos Flores, Clemente Miranda Regino, Jael García Delgado, Javier Estudillo
Vergara, Manuel Alfonso Méndez Martínez.
OBJETIVO:
El objetivo de este texto es dar a conocer las diferentes aplicaciones de los polímeros
conductores presentes en algunas áreas, por ejemplo en el área de la salud se
encuentran los fármacos, estudios en músculos y nervios artificiales; como también en
el área comercial se encuentran las nuevas tecnologías de bajo costo, como lo son
LED’S, baterías recargables, por mencionar algunas.
INTRODUCCIÓN:
Lo que hace especial a los polímeros conductores son sus capacidades
semiconductoras con las propiedades comunes de los plásticos, como flexibilidad,
dándole lugar como posibles candidatos para revolucionar varios sectores industriales,
por ejemplo: fotovoltaico, electrónica e iluminación.
En el campo industrial, el material conductor es relacionado con el sustento energético
que con lleva a su producción, almacenamiento y un uso eficiente comercial.
APLICACIONES TECNOLÓGICAS
Los polímeros conductores son generados mediante métodos electroquímicos y pueden
ser utilizados en aplicaciones tecnológicas como el desarrollo energético, baterías,
fotodiodos y LED’s. Por otra parte estos también afectan de manera positiva el área de
farmacología y biomedicina. El reto actual es producir transistores y otros componentes
electrónicos consistentes en moléculas individuales ya que aumentará notablemente la
velocidad y reducirá el tamaño de producción y fabricación.
Células solares sensibilizadas con colorantes: dispositivos híbridos.
Dentro de las aplicaciones de los polímeros conductores y semiconductores existe una
familia llamada células solares orgánicas (células de Gratzel), que fueron desarrolladas
por varios grupos de investigación en todo el mundo. Estas células consisten en
láminas nano-estructuradas de un oxido metálico, comúnmente utilizando dióxido de
titanio (
). Esta nanoestructura produce un área superficial interna gracias a los
resquicios que quedan entre las nanopartículas y así esta superficie realiza la función
activa, cuando los resquicios del dispositivo se llenan con un líquido orgánico
conductor.
El desarrollo de estos dispositivos no se centra solo en las células solares, sino que ha
dado lugar a una amplia variedad de aplicaciones cómo: pantallas eléctricas activas,
sensores para reconocimiento de moléculas biológicas, diodos emisores de luz ultravioleta, nano electrodos estructurados para fotocatálisis de la molécula de agua con el
objetivo de producir hidrogeno ―r
enovable‖, entre otras.
Se espera que esta gama de aplicaciones se amplié enormemente en el futuro ya que
hasta la fecha el uso de polímeros conductores en esta clase de dispositivos ha sido
muy reducido; hay casos limitados en que se intenta reemplazar el líquido transportador
de huecos por un polímero más viscoso (gel) que pueda penetrar en los resquicios de la
nano estructura orgánica.
Diodo orgánico emisor de luz y células solares completamente orgánicas.
A estos dispositivos los llamaremos diodos emisores de luz orgánicos (OLED) y células
solares orgánicas (OSC). Varios grupos de investigación desarrollaron dispositivos opto
electrónicos (cuyo funcionamiento está relacionado con la luz) completamente
orgánicos, que junto a los transistores orgánicos de una lámina delgada se le ha
denominado: electrónica orgánica o electrónica de plástico.
La utilización de estos polímeros conjugados portadores de electricidad permitió
desarrollar los primeros dispositivos opto electrónicos orgánicos, que fueron diodos
emisores de luz. En sus inicios, la estructura interna de estos dispositivos era sencilla:
una fina lamina de polímero entre dos electrodos metálicos, con diferente función de
trabajo. Posteriormente, a través de la investigación se permitió abordar estructuras
más complejas, en las que había dos láminas de diferentes polímeros: tipo n y tipo p,
acopladas a electrodos cuya función de trabajo intentaba adaptarse lo mejor posible
para obtener una inyección de carga lo más eficiente posible.
En el año 1995, se dio un gran paso adelante cuando se observó que en un fotodiodo la
mezcla de dos polímeros de distintas formas daba una hétero unión (formada por dos
semiconductores diferentes) dispersa tridimensional, que mejoro la eficiencia en la
generación de luz en toda la capa activa del material y no solo en la intercara entre
laminas. De hecho, lo que se había conseguido era una intercara distribuida por todo el
material, siempre que la nano-estructura creada por la interpenetración de ambos
materiales (tipo P y tipo N) se hubiera producido a una escala adecuada (entre 1 y 15
nm aproximadamente). Este descubrimiento de la hétero unión dispersa se aplicó
rápidamente tanto a la mejora de los propios OLED, como a las células solares
orgánicas.
A partir de entonces se desarrollaron dispositivos OSC basados en mezclas, tanto de
polímeros con derivados de fulerenos y de polímeros con nanotubos de carbono. Los
principales polímeros utilizados fueron derivados de politiofenos (PTF) y
polifenilenvinilenos (PPV), solubles en distintos disolventes orgánicos.
En una mezcla de polímeros, la nano estructura resultante en el material debe
generarse a una escala precisa. Una optimización precisa de la escala facilita que los
excitones generados difundan hacia la intercara entre ambos tipos de materiales y
puedan disociarse. En estos dispositivos, la morfología de la mezcla desempeña un
papel fundamental, puesto que debe haber un camino continuo para transportar las
diferentes cargas (de tipo N o P) hacia los respectivos contactos. Aun cuando los
dominios aislados del material aceptor o donante fueran ópticamente activos, los
dispositivos serian eléctricamente inactivos si no se abrieran estos caminos continuos y
la eficiencia de su funcionamiento se reduciría de manera significativa.
Este mismo esquema es válido para los fotodiodos, en cuyo caso los portadores
inyectados deben alcanzar las intercaras donde se recombinan radiactivamente para
generar luz. En consecuencia, cada material debe proporcionar un camino continuo
para transportar de manera separada los distintos tipos de carga hacia los electrodos.
Los OLED’s incluso podrían llegar a ser transparentes, esto permitiría cubrir claraboyas
lo que permitiría que entre luz de día como de noche. A través de una investigación y
tecnología llegaría a proveer luz blanca y así formar parte de la adumbración general
dando beneficios a los LED’s como: bajo costo debido a la abundancia en materia prima
y capacidad de producción. Sin embargo, los OLED’s están lejos de la comercialización
en comparación de los LED’s.
Semiconductores
Existen materiales que no se pueden considerar como conductores y tampoco como
aislantes, estos reciben el nombre de semiconductores; los semiconductores son
componentes basados en la propiedad de ciertos materiales como silicio, germanio y
sulfuro de cadmio, por mencionar algunos. Las propiedades de estos son comportarse
indistintamente como conductores o como aislantes bajo determinadas condiciones o
estímulos externos.
Entre los metales y otros cuerpos sólidos, como por ejemplo: los semiconductores y los
aislantes existe una diferencia importante: su estructura, ya que en los metales los
electrones de valencia pueden desplazarse libremente dando la propiedad de
conducción eléctrica, mientras que en un aislante o en un semiconductor estos están
ligados y no sirven para conducir la corriente eléctrica. Los electrones de valencia de un
semiconductor que están ligados, normalmente no sirven para conducir una corriente
eléctrica, sin embargo, por influencias externas es posible liberar un electrón de
valencia ligado. Este se puede conseguir aplicando calor o suficiente energía para
desplazar el electrón ligado.
El método más sencillo para liberar y atraer electrones de valencia ligados en un
semiconductor consiste en calentarlo. De este modo, los átomos efectúan oscilaciones
cada vez más intensas que tienden a deshacer las interacciones entre estos. Entre
mayor la temperatura de un semiconductor, mayor será el número de electrones ligados
que puedan desprenderse. Por lo tanto el semiconductor podrá conducir una cantidad
mayor de corriente eléctrica.
Un diodo es un componente electrónico de dos terminales, que permite la circulación de
la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. El diodo semiconductor está
constituido fundamentalmente por una unión P-N, la parte P es conductora mientras
que la parte N no lo es. La zona de transición de un sector de la estructura del cristal
con conducción N, de la misma estructura se denomina unión PN. Dentro de la unión
PN, se puede observar un fenómeno llamado ―
corriente de difusión‖, este se da cuando
los electrones libres y los huecos de los electrones se encuentran bajo la temperatura
de la estructura en continuo movimiento, debido a esto tienden a distribuirse
uniformemente por toda la estructura. Los huecos que prácticamente solo se
encuentran en el sector izquierdo, de conducción P tienden en parte a desplazarse
hacia la derecha, pasando al sector derecha de la conducción N y una parte del sector
derecho de conducción N, al izquierdo de conducción P; Este fenómeno se denomina
difusión. Con el desplazamiento (o difusión) de la carga va vinculado el paso de una
corriente eléctrica, denominada corriente de difusión.
Una aplicación de los diodos semiconductores son los ya conocidos LED’s. La
iluminación en estado sólido (SSL por sus siglas en inglés) emerge como una
tecnología alternativa en iluminación con una amplia variedad de aplicaciones. Los
LED’s (diodos emisores de luz) son la tecnología de iluminación en estado sólido de
mayor disponibilidad en el mercado. Estos ofrecen una gran variedad de ventajas sobre
otras tecnologías de iluminación desde la eficiencia, solidez y longevidad hasta la
generación de una gran cantidad de colores. Los LED’s funcionan aprovechando la
corriente de difusión, ya que cuando un bajo voltaje de corriente continua (CC) circula a
través de dos capas de material semiconductor, este da la generación de fotones de
luz. El color de la luz depende del material semiconductor utilizado.
Baterías
La llegada de estos nuevos ―m
etales sintéticos‖ a nuestra vida ha sido de alta
importancia en el desarrollo tecnológico y ambiental, pues ha traído beneficios desde el
ámbito de la biomedicina hasta el ámbito industrial.
Existe un almacenamiento de cargas positivas a lo largo de la cadena polimérica
gracias a la oxidación reversible del polipirrol y de otros diferentes polímeros
conductores, también por la formación de polarones y bipolarones. Otros polímeros,
como el politiofeno, pueden ser reducidos almacenando aniones radicales y dianiones.
El descubrimiento de que el poli óxido de etileno disolvía (en estado fundido), podían
obtener láminas sólidas y transparentes desde esta disolución con una elevada
conductividad iónica, cierra el círculo para una batería totalmente polimérica y en
estado sólido: ánodo, cátodo y electrolito.
Se han registrado algunos problemas con el uso de éstas baterías, pues se cree que su
vida útil (tiempo de duración total, aproximadamente 5 años) se va acortando conforme
se usan y que en cada recarga la pila dura menos, de hecho según un estudio realizado
el 7 de marzo del 2011 por la revista del consumidor demostró que se tiende a disminuir
el tiempo de vida útil de una batería recargable con cada recarga, a esto se le conoce
como efecto memoria y una manera eficiente de evitarlo es no recargar la batería
cuando aún conserva un poco de su carga anterior.
Farmacología
Los fármacos son sustancias activas que juegan un importante papel en el organismo,
ya que los mecanismos para administrar este tipo de sustancias deben de permitir
liberar de forma controlada una pequeña cantidad de moléculas donde es
fisiológicamente requerida, ya que de lo contrario pueden provocar problemas de
toxicidad e ineficiencia.
Dentro de los fármacos, se puede observar el uso de los polímeros conductores en la
inmovilización de un substrato en una membrana de polímero el cual se comportó como
un medio de transporte de iones, así como el uso de micro esferas encapsuladas. La
liberación electro controlada de sustancias activas mediante polímeros conductores es
de gran interés en el campo de la farmacología, ya que estos permiten administrar el
fármaco a una velocidad constante en el momento adecuado. Las propiedades redox
de estos compuestos facilitan el transporte controlado de iones a través de la
membrana polimérica. Así, el proceso electroquímico del polímero viene acompañado
por el movimiento de iones dopantes dentro y fuera de la membrana que actúa como
contra iones, manteniendo el balance de cargas. Mediante este mecanismo una
infinidad de aniones (ferrocianidas, glutamato, adenosín trifosfato, entre otros) pueden
quedar atrapados electroestáticamente en membranas del polímero conductor y
posteriormente podrían ser liberados durante el proceso de reducción.
Existen dos tipos de polímeros conductores los cuales son bastante comunes, que son:
el polipirrol y la polianilina, estos dos polímeros son utilizados de manera limitada en
sistemas liberadores de fármacos aniónicos, ya que estos polímeros solo intercambian
aniones; para intercambiar cationes, es preciso introducir algún tipo de modificación en
el sistema. Las vías más habituales para lograr esto son la modificación química de
monómeros a los que se les introduce un grupo funcional activo y la formación de iones
específicos a partir de los fármacos.
Biomédica: músculos y nervios artificiales
Algunos polímeros son conductores electrónicos y conductores iónicos, por lo tanto
estos son capaces de emitir y absorber una sustancia como respuesta a un pulso
eléctrico. Si se sigue esta vía, un conductor orgánico podría llegar hasta una dendrita
de una célula nerviosa y transmitir un pulso iónico junto a la emisión de un
neurotransmisor.
Como se ha visto, un electrodo polimérico puede intercambiar aniones con su exterior
en donde tal corriente anódica retira aniones del medio. Si se tiene una elevada
concentración de aniones este se fuerza a un proceso de oxidación y se genera un
pulso. Muchos neurotransmisores son aniónicos y se detectan al final de un axón. Gran
parte del pulso nervioso está relacionado con pulsos de cationes, donde es necesario
un material capaz de intercambiar cationes. Esto se consigue con un compuesto
poliectrolito-polimero, que es un conductor sintetizado electroquímicamente. Entre el
polímero conductor y el polielectrólito (PE) existe un entrecruzamiento que impide la
expulsión del PE durante la reducción. El principio de electro-neutralidad se mantiene
por una penetración de cationes aunque durante la oxidación, estos pueden ser
expulsados.
Si tenemos materiales orgánicos y biocompatibles pueden ser capaces de intercambiar
cationes con un medio o responder eléctricamente a un cambio de concentración. Con
la combinación de materiales catiónicos y materiales aniónicos, ya sean reversibles o
biocompatibles, estos nos permiten trabajar en la construcción de interfaces entre el
sistema nervioso y en equipos electrónicos. Estos materiales son capaces de
transformar las señales eléctricas en señales iónicas y químicas para las dendritas, así
al mismo tiempo se puede transformar las señales ionico-quimicas de los axones en
señales eléctricas.
El desarrollo de los músculos artificiales permite el trabajo en aplicaciones micro
robótico en equipos quirúrgicos, en catéteres para así facilitar el manejo de equipos
ópticos como posicionadores y como sensores-actuadores en sistemas de detección y
alarma. Los músculos artificiales basados en los polímeros conductores, constituyen a
la segunda generación de músculos artificiales. La primera generación se inició en 1955
por Katchalski y se basaba en geles poliméricos no conductores electrónicos. En donde
los músculos artificiales trabajan a muy elevados voltajes (> 20 V), ya que necesitaban
de dos electrodos metálicos auxiliares para crear el campo eléctrico que requerían,
además trabajaban mediante fenómenos electro cinético (electroforesis y electroósmosis), por lo tanto su velocidad de movimiento era baja.
La segunda generación de músculos artificiales basados en polímeros conductores nos
ha acercado a los músculos naturales en varios aspectos fundamentales: trabajan a
bajo potencial (100 mV- 2 V), similar a los músculos naturales que trabajan a 60-150
mV, que es el potencial del pulso nervioso. El mismo material es conductor electrónico,
iónico y es actuador en el sensor de las condiciones de trabajo. El músculo natural se
diferencia de los músculos artificiales, ya que en el primero, el pulso eléctrico es
solamente un disparador de la transformación de energía química en energía mecánica,
mientras que en el artificial la corriente eléctrica es el motor del proceso. Por lo tanto, el
músculo artificial trabaja en contracción y en expansión, mientras que el natural
solamente trabaja en contracción Al estar el movimiento relacionado con la carga
consumida mediante paso de corriente, el movimiento se puede detener, invertir, o
acelerar en cualquier momento
-.REFERENCIAS. Lopez, E. G. (1971). Principios fundamentales de los semiconductores. Mexico:
México internacionales.
 None. (2014). FUNDAMENTOS DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS
SEMICONDUCTORES. Cadiz, España: Universidad de Cadiz.
 Yu, P. (1999). Fundamentals of semiconductors. Berlin, New York: Springer.
 Baker, G.L., in Electronic and Photonic Applications of Polymers, ed. M. J.
Bowden, S.R. Turnewr. ACS Advances in Chemistry series 210, ACS,
Washington DC, 1988, 271
 -¿Cuánto tipo dura tu pila?, Revista del consumidor, Octubre 11, 66-70.
 “Polímeros conductores con aplicaciones biomédicas y biotecnológicas”. E.
Armelin, J.I. Iribarren, J. Casanovas, F.Liesa y C. Alemán. Química e Industria.
Julio-Agosto 2004.
 T.F. Otero, E. Angulo, J. Rodríguez, C. Santamaría, Electromechanical properties
from a bilayer: polypirrol/non-conducting and flexible material. Artificial muscle. J.
Electroanal. Chem. 1992, 341, 369-375.
 “Músculos Artificiales de Tricapa: Caracterización y Diseño de dispositivos”.
María Teresa Cortés, Departamento de Ciencia y Tecnología de Polímeros,
Universidad del País Vasco, España. San Sebastián, Abril 2002.
 “Soft and wet conducting polymers for artificial muscles”. Toribio F. Otero. Jose
M. Sansiñena. Advanced Materials 1998, 10, 491-494.
 OTERO, T. (1997). Los polímeros conductores como materiales biomíméticos.
Mayo 05,2015, de Dep. de Química Física, Lab. de Electroquímica, Fac. de
Químicas. Universidad del País Vasco. Apdo. 1072, 20080 San Sebastián.
 Electrónica y servicio: Las 4 tecnologías básicas de la TV: LCD, LED, plasma,
OLED,Staff Editioral de Electrónica y Servicio, pag. 18-19
Polímeros conductores impresos, un futuro más brillante para la
ciencia.
Alonso D. Jacobo Hernández
Muchos grupos de investigación intentan buscar técnicas sustentables para la
producción de sistemas únicos y multicapas con el objetivo de desarrollar materiales
funcionales basados en polímeros conductores que sean de bajo costo y rápida
fabricación. Los polímeros conductores tienen un potencial de aplicación muy amplio,
en particular los que se pueden aplicar sobre sustratos flexibles. En esta reseña nos
centraremos en este tipo de polímeros que además tienen la propiedad de ser
convertidos en tinta y ser impresos.
Perinka y colaboradores presentaron una forma de preparar y caracterizar una película
delgada conductora basada en PEDOT: PSS [poli-(3,4-etilenodioxitiofeno) poli(estirenosulfonato)] (1). Su propósito fue preparar materiales transparentes útiles para
la fabricación de electrodos conductores. Después de sintetizar el polímero
PEDOTH:PSS y limpiarlo con un baño ultrasónico de alcohol isopropílico que duró
quince minutos, para mejorar la humectación de las láminas del polímero, algunas de
por otros quince
ellas fueron tratadas por algunos medios de la cámara de
minutos.
Para la impresión del polímero después de la síntesis el laboratorio desarrolló una
impresora con el nombre de Dimatix DMP-283. Con la ayuda de dicha impresora, y al
imprimir el polímero ya sintetizado sobre una hoja se encontraron que las formas en las
que se imprimían parecían monedas apiladas de manera horizontal y lograban una
conducción de 40V a 25◦C. Esto es un hecho sorprendente ya que la escala de la
micrografía fue de 500μm, y el lograr las propiedades anteriormente mencionadas con
un tamaño tan pequeño es un adelanto muy importante para la ciencia en general.
Este mismo polímero (PEDOT:PSS) fue utilizado por Ghazy y colaboradores para
generar una aplicación en celdas solares orgánicas (2). Estas son preparadas con
radiación gama, incorporando nanopartículas de plata. Las cuales fueron adheridas al
polímero PEDOT:PSS mediante dos métodos diferentes, en el primero fueron
cultivadas en el polímero usando una reducción química y radioquímica. Donde el PSS
actuó como estabilizador en la formación de las nanopartículas.
En el segundo método, fueron preparadas en una solución PVP (polivinil pirrolidona),
donde esta actúa como estabilizador. Usando radiación gama las nanopartículas
dispersas de plata pudieron ser adheridas al polímero en diferentes concentraciones,
entonces las capas de PEDOT:PSS/Ag:PvP fueron formadas. Gracias a estas capas
fue posible crear celdas orgánicas solares, dado que después de la síntesis, obtenemos
capas que tienen la particularidad de poderse agrupar casi perfectamente una sobre
otra.
En conclusión el polímero conductor PEDOT:PSS tienen un gran potencial en el campo
de las aplicaciones y con respecto a estas el futuro es muy brillante, ya que las
propiedades de este polímero bastante peculiares y nos facilitan el trabajo.
Referencias:
(1) Perinka N, Chang H, Kaplanova M, Bonnasieux Y; ―Prep
aration and Characterization
of Thin Conductive Polymer Films on the base of PEDOT: PSS by Ink-Jet Printing‖;
Physics Procedia (44) p.120-129 (2013)
(2) Ghazy O, Ibrahim M, Faten I, Elfadl A, Hosni H, et al; ―P
EDOTS:PSS incorporated
silver nanoparticles prepared by gamma radiation for the application in irganic solar
cells‖; Journal of Radiation Research and Applied Science (8) p.166-172 (2015)
Películas poliméricas
Bryone Rubi.
Como sabemos, los polímeros conductores son creados a base de procesos de
oxidación química y electroquímica. La operación de baterías recargables basadas en
la oxidación electroquímica de éstos. Durante este proceso se van almacenando cargas
positivas a lo largo de la cadena polimérica, lo que induce que penetren contraiones a la
cadena para mantener una electroneutralidad. Las cadenas poliméricas también son
capaces de almacenar cargas negativas por reducción. Las baterías con película
polimérica cuentan con los siguientes componentes: un ánodo de polipirrol oxidado, un
cátodo de politiofteno reducido, y un electrolito sólido de una disolución de polioxido de
fenileno.
Un procedimiento similar utilizaron Pesetti y sus colaboradores en el artículo ―Inh
ibición
de la electrooxidación de ácido ascórbico de oro mediante polipirrol sobreoxidado‖ (1)
para generar una película polimérica de polipirrol sobre electrodos de oro para inhibir la
oxidación del ácido ascórbico y así lograr que no pueda confundirse con el potencial de
un neurotransmisor en estudios electroquímicos de neurotransmisores.
El Dr. Toribio Fernández, describe en su artículo que es muy utilizada la polianilia-Zn,
la cual ha sido muy eficiente por sus ventajas de oxidación en compuestos quinónicos
no tóxicos y biodegradables. La creación de polímeros conductores ha llevado al
desarrollo de electrolitos poliméricos plásticos menos reactivos que sus análogos
líquidos utilizados anteriormente en las pilas alcalinas tradicionales. En las baterías de
ion-litio, el ánodo no está formado por litio metálico, si no por otro material capaz de
almacenar iones Litio en forma menos reactiva que el propio litio metálico, cambiando
éstos por materiales más seguros como el grafito.
Las baterías de ion de litio funcionan cuando los iones de litio cambian
espontáneamente del electrodo negativo a un electrolito, y de éste al electrodo positivo
que está al otro extremo de electrodo negativo. El electrolito es separado en ―do
s
caminos‖ el primero permite el paso de iones contrarios a él, pero no de electrones, al
mismo tiempo que éstos electrones fluyen espontáneamente del electrodo negativo al
positivo a través del único camino que se deja libre. Durante la carga, se bombardea de
electrones en el electrodo negativo y positivo, haciendo el electrodo negativo más
negativo y el positivo por igual, aumentando así la diferencia de potencial. (2)
Referencias.
(1) Passeti L, Abaca R, Falivene C, Zervino J, et al; ―In
hinición de la electrooxidacion de
ácido ascórbico de oro mediante polipirrol sobreoxidado‖; Av. Cien. Ing. (4) p.31 (2013)
(2) Fernández T; ―P
olímeros conductores: Síntesis, Propiedades y Aplicaciones
electroquímicas‖; Revista Iberoamericana de Polímeros (4) p.37 (2003)
La versatilidad de la óptica a escala
Stephanie Hernández Castro
Una de las aplicaciones interesantes de los polímeros conductores es generar
materiales y dispositivos para aprovechar las energías renovables. Por ello, el fabricar
fibras conductoras de estos materiales es importante.
En Italia, Persano, Camposeo y Pisignano (1), del Laboratorio Nacional de
Nanotecnología, describen en su trabajo las características deseables de las fibras, las
técnicas para su fabricación y sus usos en materiales optoelectrónicos.
Las estructuras de las nanofibras, permiten la manipulación de sus polímeros activos. El
diseño de éstas tienen como objetivo crear un sistema capaz de otorgar nuevos
componentes en su composición. Estas nanoestructuras deben disminuir su diámetro
hasta 100 nm para mejorar su multifuncionalidad. Existen diferentes técnicas que logran
utilizar una fuerza mecánica para obtener un patrón a escala nanométrica, como es la
litografía de nano-impresión, electrospinning o electrohilado. Al tener la escala deseable
para su manipulación, las nanofibras se someten a un método donde involucran
circuitos fotónicos, los cuales tienen una multifuncionalidad en el aspecto de transportar
un fotón por medio de guías de onda. Al emitir una luz por medio de radiación, se
propaga siguiendo la guía de onda y así no sufrir una pérdida de energía.
Estos polímeros conjugados lograron optimizar sus propiedades fotónicas, teniendo
como resultado una mejora en el ordenamiento de su estructura interna, el aumento de
la cristalización, mayor grado de alineación en las moléculas, siendo atractivo para la
fabricación de dispositivos optoelectrónicos.
El trabajo realizado por Dámaso Navarro Rodríguez y sus colaboradores (2) del Centro
de Investigación en Química Aplicada en México, utilizaron materiales inteligentes que
tienen respuesta con la luz; procedieron con un estudio para conocer las propiedades
de síntesis y la fotoisomerización inducida de los cristales líquidos, basándose en la
caracterización del azobenceno.
En el azobenceno, la sinergia producida en su acoplamiento con otros azocomponentes
dan lugar a un nuevo ordenamiento y a movimientos foto- inducidos, originando nuevas
aplicaciones ópticas al ser fotosensibles. Este acoplamiento se obtuvo mediante la
inclusión de un grupo lateral OCH3 o CN en el azobenceno mesógenos. En la síntesis
de polimerización de radicales libres se utilizó el compuesto AIBN (C 8H12N4) como
iniciador para obtener nuevos azopolímeros: pOCH312,0, pOCH312,4, pOCH312,6,
pCN6,6, pCN10,6 y pCN12,6. Estos compuestos orgánicos, al involucrase en un
alineamiento molecular, como en el transporte de masa a escala, mejora su fotorespuesta y la magnitud de su orientación molecular foto-inducida.
En una tabla de resultados realizaron una comparación del peso molecular, como la
temperatura de cada uno de los azopolímeros. Dado que el peso molecular resultó ser
muy bajo, se beneficia la solubilidad del compuesto, necesaria para la preparación de
una película de alta calidad.. Las condiciones de irradiación en el azobenceno
determinan la foto-isomerización de los enlaces cis/trans pueden inducir movimientos
en niveles moleculares en un dominio nanométrico y micrométrico.
En conclusión, estos materiales presentan una versatilidad en sus aplicaciones, al
interactuar con fenómenos ópticos y fotónicos en escalas . Sin duda, han significado un
gran avance para su desarrollo en campos de la ciencia gracias a su gran potencial en
su respuesta a la luz y en movimientos foto-inducidos.
Referencias
(1) Persano L, Camposeo A, Pisignano D; ―Activ
e polymer nanofebers for photonics,
electronics, energy generator and micromechanics‖; Progress in Polymer Science (43)
p.48-95 (2015)
(2) García T, Larios L, Rodríguez R, Martínez P et al; ―Liq
uid-crystalline polymers
bearing phenylene (azobenzene) moities substituted with an electron-donor or electronacceptor lateral group. Synthesis, mesomorphic behavior and photo-induced
isomerization‖; Polymer (53) P.2049-2061 (2012)
Aplicaciones de polímeros conductores: OLED’s
Jael G. Delgado
En los últimos años, se ha logrado un gran avance en las aplicaciones de los polímeros
conductores y semiconductores orgánicos, tal es el caso de los diodos emisores de luz
orgánicos (OLED). Estos consisten en una capa activa orgánica, intercalada entre dos
electrodos; por lo general un metal reductor cátodo y un ánodo de óxido transparente.
Al aplicar un voltaje, los electrones se inyectan de sus respectivos electrodos,
generando excitones, que luego se recombinan en la capa orgánica, liberando energía
en forma de luz visible. Dada la importancia de estos polímeros, se ha intentado crear
un mayor interés de los jóvenes sobre el tema de los OLEDs.
Banerji y colaboradores en su trabajo ―
Classroom Experiments and Teaching Materials
on OLEd with Semiconducting Polymers‖ (1), explican un procedimiento para la
creación de diodos emisores de luz orgánica, con material didáctico, de fácil acceso y
manipulación, con la finalidad de integrar en la educación, temas actuales sobre la
investigación química, despertando el interés e invitando a hacer conciencia del gran
impacto que tienen los OLEDs en el desarrollo y mejoramiento de nuevas y futuras
tecnologías.
Este experimento tuvo como resultado la fácil comprensión, el interés y creación del
experimento, a base del entendimiento de los OLEDs. Ayudando a los jóvenes al
entendimiento de temas actuales de la química. Es importante que las nuevas
generaciones entiendan que es lo que están usando, y con este tipo de experimentos
explicar a los niños, despertando su interés y curiosidad.
Una de las principales aplicaciones que tienen los OLEDs, son las pantallas planas que,
a partir del 2008 han estado en constante evolución, recreando el mercado. Hoy en día,
se pretende que los diodos emisores de luz, obtengan más aplicaciones y, gracias al
avance en el estudio de estos, se ha logrado. Tal es el caso de los fósforos azules. Los
OLEDs, sirven como fuente de iluminación, por esta razón Hungshin Fua, Yi-Ming
Chengb, Pi-Tai Choua,y Yun Chib en su trabajo ―
Feeling blue? Blue phosphor for
OLEDs” (2), intentaron crear fósforos azules, con la finalidad de producir luz blanca
visible, pero la creación de estos fósforos sigue siendo un reto.
Para la creación de los fósforos azules, se encontraron con bastantes desventajas, en
especial la de ser muy inestables y que se debe llegar a la obtención de un tono
especial de azul, ya que de otra manera, la luz que se emita no sería completamente
blanca. A pesar de haber llevado un estricto seguimiento, no se logró la creación de los
fósforos azules, por la gran inestabilidad que estos tienen. Se necesita un mayor nivel
de profundidad en el estudio de este tema.
Referencias:
(1) Amitabh B, Michael W, Ullrich S; “Classroom Experiments and Teaching Materials
on OLEd with Semiconducting Polymers‖; Original Research Article; Educación
Química; (44) p.17-22. (2013),
(2) Hungshin F, Yi-Ming C, Pi-Tai C, Yun Chib; ―F
eeling blue? Blue phosphor for
OLEDs‖; Material Today, (14) p. 472-479 (2011)
Aplicación de polímeros conductores en sensores implantables y
electrodos para proveer señales auditivas
Carlo B. Santos-Flores.
Esta reseña se basa en las aplicaciones de polímeros conductores referentes al tema
de la salud, ya que, estos polímeros son materiales orgánicos y pueden ser utilizados
como un nuevo avance en la tecnología en estudios de diferentes enfermedades, como
pueden ser la pérdida auditiva y la enfermedad de Parkinson.
En la actualidad estas aplicaciones son empleadas en estudios sobre la integración de
polímeros para el empaquetado de sensores implantables y electrodos recubiertos de
polímeros para proveer señales a la corteza auditiva. Durante décadas, los implantes
de dispositivos electrónicos se han utilizado en aplicaciones para el cuidado de la salud,
mejorar la calidad de vida de las personas e incluso salvar vidas. Algunos ejemplos son:
marcapasos, desfibriladores cardiacos, prótesis y estimuladores neuromusculares.
En el trabajo de M. Howlader y colaboradores (1) identificaron algunos polímeros
utilizados para las tecnologías de implantes los cuales fueron: Poliimida (PI),
Polifluoruro de vinilideno (PVDF), Unión de Superficies Activadas (SAB), Poliéter éter
cetona (PEEK), Polidimetilsiloxano (PDMS), polímeros de cristal líquido (LCP) y
Parileno. Ellos utilizaron técnicas de integración de los polímeros empleados con
características mejoras, aplicando bajas temperaturas de unión. Además descubrieron
que los polímeros que presentaban estas ciertas características fueron: la Unión de
Superficies Activadas (SAB) y el Polímero de Cristal Líquido (LCP). Estas tecnologías
en polímeros les permitieron un alto rendimiento para paquetes de sensores
implantables, gracias a que sus propiedades químicas y físicas hicieron que estos sean
un material hermético/ permeable. Fue un reto para ellos que estos polímeros
cumplieran con los requisitos que se necesitan para los sensores implantables en
distintas aplicaciones.
En el trabajo de D. H. Kim y colaboradores (2) se estudiaron los nervios artificiales para
diversas aplicaciones en implantes y recepción de señales. Ellos utilizaron hidrogel de
alginato (HG) que proporciona grabaciones neuronales sensibles en la corteza auditiva,
que es utilizado como un material en electrodos neurales para la creación de un tapón
mecánico entre electrodos duros y tejidos blandos del sistema nervioso central.
Cuando realizaron las grabaciones de señales neuronales de electrodos ellos utilizaron
PEDOT (3,4-ethylenedioxythiophene), que es un polímero conductor para modificar los
electrodos debido a que tiene flexibilidad mecánica para la conductividad y estabilidad.
Ellos realizaron un experimento con conejillos de indias para grabar sus señales
neuronales y comprobar que por medio de estos electrodos, se puede mejorar la
pérdida de audición y la enfermedad de Parkinson. Ellos descubrieron que los implantes
de movilización afectan significativamente la formación de capas de tejido reactivo; el
micro movimiento en la interface del electrodo contribuyó a que se degradara una
grabación por un aumento en la inflamación del implante colocado en los conejillos de
indias.
La descomposición del polímero conductor PEDOT restauró la funcionalidad que se
perdió por los revestimientos del hidrogel de alginato. Estos recubrimientos de
polímeros conductores tienen el potencial de mejorar el rendimiento de los electrodos
neurales y así facilitar la transmisión de una señal eficiente.
Referencias.
(1) Yiheng Q, Howlader M, Jamal M, Haddara Y, Ravi P; ―P
olymer integration for
packaging of implantable sensors‖; Sensors and Actuators B: Chemical (202) p.758-778
(2014)
(2) Dong K, Wiler J, Anderson D, Kipke D, Martínez D; ―C
onducting polymers on
hidrogel-coated neural electrode provide sensitive neural recordings in auditory cortex‖;
Acta Biomaterialia (6) p.57-62 (2010)
GLOSARIO
Catálisis. Variación en la velocidad de una reacción química por la sola presencia de
alguna sustancia que aparece inalterada en los productos de reacción. A las sustancias
que tienen esta propiedad se les da el nombre de catalizadores, y de las reacciones
que se efectúan en presencia de éstos se dice que son catalíticas. [1]
Catalizador. Sustancia que altera el desarrollo de una reacción química. Los
catalizadores que incrementan la velocidad de la reacción se llamas ―cat
alizadores
positivos‖, mientras que aquellos que disminuyen la velocidad se califican como
―cat
alizadores negativos‖. [2]
Diodo. El diodo semiconductor es un elemento electrónico de dos terminales (ánodo y
cátodo) que tiene la propiedad de conducir la corriente eléctrica en un sentido. [4]
Dopaje de semiconductores. Se define como adicionar impurezas en los materiales
semiconductores para que de esta forma tengan una modificación de las propiedades
electrónicas y permita obtener características de un conductor. [5]
Electroluminiscencia. Emisión de luz producida por determinados materiales cuando se
cometen a la acción de un campo eléctrico. Mediante la introducción de cargas de
distinto signo en el material electroluminiscente se genera un estado de excitado desde
el que se produce una desactivación radiactiva con emisión de luz. Este estado es
responsable de la emisión de fluorescencia por una irradiación con longitud de onda
apropiada. [6]
Enlace. Unión de átomos que forman compuestos, provocado por una fuerza de
atracción originada por su acercamiento, acompañado de una disminución energética.
Se produce una unión estable cuando el núcleo de un átomo atrae las nubes
electrónicas de otro. [7]
Enlace covalente. Enlace entre átomos formado por solapamiento de pares de orbitales
atómicos, aportados un por cada átomo. [8]
Espectro de emisión. El espectro de emisión de un elemento químico o compuesto es la
frecuencia de la radiación electromagnética emitida debido a los electrones de un
átomo haciendo una transición de un estado de alta energía a un estado de menor
energía. [9]
Estructura electrónica. Es la manera en la cual los electrones se estructuran o se
modifican en un átomo de acuerdo con el modelo de capas electrónicas, en el cuál las
funciones de ondas del sistema se expresan como un producto de orbitales
antisimetrizadas. [10]
Estructura química. Es toda la información sobre el modo en que se enlazan los
diferentes átomos o iones que forman una molécula, o agregado atómico. Incluye la
geometría molecular, la configuración electrónica y, en su caso, la estructura cristalina.
[11]
Iones. Grupo de átomos que tienen carga neta negativa o positiva [12]
LED. Un diodo emisor de luz (LED, por light-emiting diode) es un diodo de unión p-n
que emite luz. Cuando la unión se polariza en sentido directo, muchos huecos son
impulsados desde su región p hacia la región de la unión, y muchos electrones son
impulsados desde su región n hacia la región de la unión. En la región de la unión, los
electrones caen en huecos. Al combinarse, el electrón puede emitir un fotón de energía
aproximadamente igual al intervalo vacío. Esta energía se puede variar, usando
materiales con diversos intervalos vacíos. Los diodos emisores de luz se usan mucho
en pantallas digitales, relojes, equipos electrónicos, tableros de instrumentos en
automóviles y en muchas otras aplicaciones más. [13]
Material conductor. Se dice que un cuerpo es conductor eléctrico cuando puesto en
contacto con un cuerpo cargado de electricidad transmite ésta a todos los puntos de su
superficie. Son conductores eléctricos aquellos materiales que tienen electrones de
valencia relativamente libres. Los elementos capaces de conducir la electricidad cuando
son sometidos a una diferencia de potencial eléctrico más comunes son los metales,
siendo el cobre el más usado, otro metal utilizado es el aluminio y en aplicaciones
especiales se usa el oro. [14]
Material no conductor. Los materiales no conductores o aislantes tienen la función de
evitar el contacto entre las diferentes partes conductoras (aislamiento de la instalación)
y proteger a las personas frente a las tensiones eléctricas (aislamiento protector). La
mayoría de los no metales son apropiados para esto pues tienen resistividades muy
grandes. Esto se debe a la ausencia de electrones libres. Los materiales aislantes
deben tener una resistencia muy elevada, requisito del que pueden deducirse las
demás características necesarias. [15]
Material semiconductor. Son materiales sólidos o líquidos capaces de conducir la
electricidad. Pueden aumentar su conductividad en presencia de luz. Al elevar su
temperatura, o se involucra un campo eléctrico externo, su comportamiento es como el
de los conductores. [16]
Monómeros. Son compuestos de bajo peso molecular que pueden unirse a otras
moléculas pequeñas (ya sea igual o diferente), para formar macromoléculas de cadena
larga comúnmente conocidas como polímeros. [17]
Peso molecular. Masa de una molécula de cualquier sustancia pura, cuyo valor es el de
la suma de las masas de los átomos que la componen. [18]
Polimerización. Los polímeros son macromoléculas que se construyen enlazando
grandes cantidades de moléculas de mucho menor tamaño. Las moléculas que se
combinan entre ellas para formar moléculas de polímeros son llamados monómeros, y
las reacciones en la que se llevan a cabo las combinaciones se les llama
polimerizaciones. [19]
Polimerización aniónica. Un anión fuertemente básico puede atacar a una olefina el
producto de esta adición es otro anión que puede adicionar nuevos monómeros en un
clásico proceso de propagación. Para ser posible la reacción, el monómero debe tener
una estructura en la que la densidad electrónica del doble enlace se mueva con
facilidad o que dicho enlace este ya parcialmente polarizado. [20]
Polimerización catiónica. Es una consideración superficial, bastantemente parecida a la
polimerización aniónica, un catión indicador se une a una olefina, a un ciclo o a otro
monómero, compensando la carga con un contra ion colocado en sus proximidades. El
catión resultante adiciona más monómero hasta que la reacción se termina. El proceso
regenera el iniciador que puede iniciar una nueva cadena. Tal proceso de terminación
es el factor dominante de una polimerización catiónica. [21]
Polimerización iónica. Se basa en una ruptura heterolítica de los dobles enlaces de los
monómeros olefínicos merced al papel de un indicador que ataca de forma adecuada la
densidad electrónica del monómero. [22]
Polímero. Una partícula formada por un conjunto de átomos, describiendo su peso
molecular; Se caracteriza por una unidad que se repite en la molécula. Diferencia de
polímero orgánico e inorgánico. Los orgánicos contienen carbonos en sus cadenas, de
no ser así serán inorgánicos. Diferencia de conductor y semiconductor. Los materiales,
de acuerdo a su conductividad, se pueden clasificar como: conductores o
semiconductores. En los conductores sólidos, la corriente eléctrica es transportada por
el movimiento de electrones; y en disolución y gases, lo hace por los iones. Los
electrones de conducción, viajan a niveles energéticos vacíos, lo que le da mayor
movilidad, originando las corrientes eléctricas. Los semiconductores, son materiales
sólidos o líquidos capaces de conducir la electricidad. Pueden aumentar su
conductividad en presencia de luz. Al elevar su temperatura, o se involucra un campo
eléctrico externo, su comportamiento es como el de los conductores. [23]
Polímero natural. Se pueden clasificar en cuatro grupos que serán los polisacáridos,
proteínas, ácidos nucleicos y caucho natural. [24]
Polímero orgánico. Constituidos por cadenas hidrocarbonadas o derivados de ella. [25]
Polímero sintético. Son aquellos sintetizados en un laboratorio o industria química, a
partir de la polimerización de unidades monoméricas específicas. [26]
Síntesis de polímeros. La transformación de monómeros/polímeros se lleva a cabo
mediante las reacciones de polimerización. Las reacciones de polimerización, las
unidades estructurales se colocan en forma de una cadena totalmente lineal. Tal es el
caso de polímeros como polietileno, el polipropileno, el policloruro de vinilo o el
poliestireno, previamente mencionados como polímeros de amplio espectro. Los
polímeros de estas características topológicas son materiales termoplásticos, esto es,
reblandecen o funden por acción del calor, lo que permite darles forma mediante
moldes, forma que posteriormente se estabiliza al enfriarlos, fabricando así multitud de
objetos útiles. Además es posible volverlos a reblandecer y volverlos a moldear con
formas diferentes (son reciclables). La popularidad de estos termoplásticos hizo que se
vulgarizara el término plástico como vocablo genérico para describir a la mayoría de los
polímeros, el término polímeros o macromolécula abarca a más materiales que a los
termoplásticos. [27]
Solapamiento. Sobreposición entre dos átomos con distintos orbitales (ambos
conteniendo un electrón con giros opuestos), depende de la dirección de orientación. A
mayor solapamiento mayor fuerza de unión. También conocido como traslape. [28]
Compilado por Ana Ma. Morales Vidal y Kenia L Arellano Quintana
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