El prometedor futuro tecnológico de los polímeros conductores

Dra. Maria Elena Nicho Díaz / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Centro de Investigación en Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos
Archivo: Química

Un polímero está formado por una larga cadena de miles de moléculas pequeñas que se repiten, como las cuentas de un collar. Hace tan sólo unos 33 años los polímeros se clasificaban como materiales aislantes, no conductores. Sin embargo, a partir de las investigaciones llevadas a cabo por Shirakawa, Heeger y Mac Diarmid desde 1977 los polímeros también pueden ser sintetizados en su forma conductora. Estos científicos ganaron el premio Nóbel de Química en el año 2000 por ser los primeros en descubrir las propiedades altamente conductoras del poliacetileno.
El desarrollo de esta nueva clase de materiales poliméricos continua ofreciendo la promesa de un amplio rango de aplicaciones nuevas incluyendo protección a la corrosión, músculos artificiales, diodos emisores de luz, electrónica molecular, actuadores, dispositivos electrocrómicos (como ventanas y espejos inteligentes, ventanas ambientales, lentes, pantallas planas y dispositivos de visualización), supercapacitores, dispositivos electrónicos, transistores, sensores de gases y líquidos, fotovoltaicos, entre otros.
          Los polímeros conductores (PC) son materiales cuyas moléculas son capaces de conducir la electricidad. Los polímeros conductores son moléculas con largas cadenas de hidrógeno y carbono, que presentan una distribución de enlaces dobles y sencillos alternados entre los átomos de carbono, esta alternancia origina la deslocalización de los electrones que es causa principal de su alta conductividad. Ejemplos de este tipo de polímeros son: poliacetileno, polipirrol, politiofeno y polianilina, el primero es el polímero conductor más sencillo y su estructura se muestra a continuación:

Tal y como ocurre con los semiconductores, los polímeros pueden ser dopados (impurificados) mediante la adición de pequeñas cantidades de ciertos átomos que modifican sus propiedades físicas. Al dopar el poliacetileno con vapor de yodo, Shirakawa y sus colaboradores lograron aumentar la conductividad del poliacetileno en mil millones de veces. Desde entonces se ha podido emplear el dopaje en diversos polímeros conductores, logrando nuevamente un aumento considerable de la conductividad.
Por lo tanto, los polímeros conductores conducen la electricidad debido principalmente a la presencia de ciertas cantidades de otros productos químicos (dopado), pero también a la presencia de dobles enlaces conjugados que permiten el paso de un flujo de electrones.
¿Por qué tienen tantas aplicaciones los polímeros conductores?
Bueno, además de la variación en la conductividad, el cambio de estado del polímero conductor debido al dopado puede tener varios efectos. Por ejemplo, cambios en propiedades como: el color del polímero, el volumen y la porosidad. Estas propiedades están relacionadas con el estado de oxidación del polímero y se pueden controlar por proceso electroquímico, de tal forma que el polímero neutro, el polímero totalmente oxidado, o cualquier estado intermedio, pueden alcanzarse aplicando el potencial eléctrico adecuado. Por sus importantes y novedosas propiedades, los polímeros conductores han estado en el centro del interés científico de grupos de investigación multidisciplinarios durante la última década. Varios centros de investigación académicos e industriales se encuentran hoy en día estudiando este tipo de materiales debido a su prometedor futuro tecnológico. El Centro de Investigación en Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la UAEM es uno de los centros de investigación que se encuentran trabajando con los polímeros conductores para diversas aplicaciones como lo son: ventanas inteligentes (donde se aprovecha la propiedad del cambio de color con el voltaje aplicado), sensores ópticos (donde se aprovecha la propiedad de cambio de conductividad con la reacción de ácidos y bases), dispositivos fotovoltaicos y recubrimientos para prevenir la corrosión de metales.
Los polímeros conductores que se han sintetizado son polianilina, polipirrol y poli(3-alquiltiofenos), estos últimos tienen la ventaja de ser solubles en solventes comunes, lo cual los hace procesables para aplicaciones industriales. Estos polímeros se han sintetizado tanto por técnicas de polimerización químicas y electroquímicas. Actualmente se está llevando a cabo la síntesis química asistida por microondas de poli(3-alquiltiofenos), con la finalidad de mejorar su rendimiento, disminuir el tiempo de reacción, disminuir el uso de solventes, evaluar el uso de disolventes alternativos, todo esto tendrá un alto impacto económico.
          Cabe mencionar que en el desarrollo de toda esta investigación alrededor de los polímeros conductores ha participado además del CIICAp, el Centro de Investigaciones Químicas de la UAEM a través de la colaboración con el Dr. Jaime Escalante y la Dra. Irma Linzaga y el Centro de Investigación en Energía de la UNAM a través de la colaboración con la Dra. Hailin Zhao Hu.
Asimismo han sido varios estudiantes de licenciatura y posgrado que han desarrollado sus tesis, cabe mencionar que dos de ellos: Ulises León Silva (grado maestría) y Carmen Heneff García Escobar (grado licenciatura), ambos de programas educativos de la FCQI-UAEM obtuvieron el premio SPM (Sociedad Polimérica de México): el Primer lugar de la mejor tesis en polímeros 2007 y la Mención Honorífica en tesis en polímeros 2010, respectivamente.


Maria Elena Nicho Díaz es originaria de Cuernavaca, Morelos. Estudió la carrera de ingeniería química en Universidad Autónoma del Estado de Morelos, la maestría en Ciencias (Ciencia de los Materiales en la Universidad Nacional Autónoma de México, con la cual se hizo acreedora de la medalla de plata "GABINO BARREDA" por la tesis: “Síntesis y Caracterización Fisicoquímica de Cementos Polielectrolíticos”. Realizó su doctorado en Ciencias Químicas por la Universidad Nacional Autónoma de México. Su líneas de investigación: Síntesis, caracterización y aplicaciones de polímeros semiconductores. Ha publicado más de 30 artículos en revistas de prestigio internacional indexadas, los cuales cuentan con 199 citas.