Reseña

The power of polymer wrapping. Selection of semiconducting carbon nanotubes interaction mechanism, and optoelectronic devices.

Mención Ciencias Exactas, Físicas y Naturales - 2020

AUTOR: Jorge Mario Salazar Ríos, Investigador Postdoctoral, Facultad de Ciencias e Ingeniería, Universidad de Manizales. (Autor ilustración nanotubes: Daniel Felipe Castaño)

Imaginen que tenemos una hoja de plástico encima de una mesa plana, esta hoja de plástico tiene un patrón de hexágonos dibujados, como si fuera un panal de abejas. Si tomamos esa hoja de plástico y formamos un tubo, nos podemos imaginar que esa estructura es similar a un nanotubo de carbono.

La diferencia es que, en el nanotubo de carbono, todos los hexágonos están hechos de carbono. Además, si el grosor del tubo fuera igual a un cabello humano, su largo seria como una cancha de futbol. Por lo que tenemos una estructura extramente delgada y muy larga En nuestro trabajo se investiga las propiedades eléctricas de los nanotubos de carbono y más específicamente su uso como semiconductores.

El principal objetivo fue entender como separar nanotubos de carbono semiconductores cuando están mezclados con nanotubos metálicos, para luego usarlos en la fabricación de dispositivos electrónicos.

Durante la fabricación de dispositivos, es necesario tener muestras con una pureza de nanotubos semiconductores superior a 99,9%, y las muestras de nanotubos fabricadas con técnicas convencionales están compuestas por 1/3 de nanotubos metálicos y 2/3 de nanotubos semiconductores.

Para lograr la selección de los tubos semiconductores, utilizamos una técnica llamada polymer-wrapping. Esta técnica permite separar los nanotubos semiconductores sin afectar sus propiedades intrínsecas, a la vez que los hace solubles en solventes orgánicos. Esta mezcla permite el uso de los nanotubos de carbono semiconductores en la fabricación de componentes electrónicos por técnicas de impresión. Podemos pensar en una impresora normal, en la que los nanotubos en solución serian la tinta y las hojas serían los substratos sobre los que se construyen los dispositivos electrónicos.

Esto implica que en el futuro podríamos llegar a imprimir transistores y circuitos eléctricos completos (lo que está dentro de los celulares y computadores) en la misma forma en que se imprime el periódico hoy en día. La principal técnica que utilizamos en la investigación fue polymer-wrapping, en esta se mezclan los nanotubos de carbono, con polímeros conjugados y con un solvente orgánico. Al aplicar fuerza mecánica a este sistema, la química se encarga de poner todo en su lugar y los nanotubos de carbono semiconductores son individualizados cuando los polímeros conjugados los abrazan.

Como resultado de nuestro trabajo descubrimos que existen diversos polímeros conjugados que pueden realizar el proceso efectivamente, también hemos descubierto como diferentes estructuras químicas afectan la efectividad de la selección dependiendo del diámetro de los nanotubos de carbono.

Como nuestro objetivo es la aplicación de los nanotubos semiconductores en la fabricación de dispositivos electrónicos, también hemos analizado como la presencia de diferentes polímeros afectan las propiedades de transporte eléctrico en transistores de efecto de campo (dispositivo que se encarga de dar una señal de 1 o 0 dentro de los celulares y computadores).

Los resultados obtenidos durante nuestra investigación son pasos hacia la implementación de soluciones de carbono semiconductoras en la fabricación de dispositivos electrónicos a escala industrial. El conocimiento ya está disponible, los siguientes pasos se relacionan con los retos técnicos inherentes a la traducción de resultados obtenidos en el laboratorio a un sistema industrial.