Investigadores japoneses están desarrollando materiales sostenibles para pantallas

Los investigadores informan sobre una nueva familia de polímeros sostenibles y de bajo costo que podrían ser útiles para pantallas, fotodetectores y dispositivos de iluminación modernos.

Investigadores de la Universidad de Waseda en Japón han anunciado una nueva familia de polímeros sostenibles y de bajo costo que podrían ser útiles para pantallas, fotodetectores y dispositivos de iluminación modernos. Aunque los polímeros de alto índice de refracción (HRIP) son esenciales para la fabricación de dispositivos optoelectrónicos modernos, incluidas pantallas y sensores de luz, son costosos y perjudiciales para el medio ambiente. Ahora, los académicos han desarrollado una nueva familia de HRIP llamada poli(tiourea).

en su articulo Publicado en Materiales funcionales avanzados El 12 de abril de 2024.Según los investigadores, sus propiedades lo convierten en un candidato ideal para aplicaciones optoelectrónicas modernas. En general, los resultados son muy prometedores para el futuro de los materiales y dispositivos optoelectrónicos en el contexto de una mayor sostenibilidad, afirman.

«A partir de estos hallazgos, se pueden preparar fácilmente materiales ópticos respetuosos con el medio ambiente mediante un proceso sencillo, lo que permitirá crear optoelectrónica sostenible, como pantallas brillantes de bajo coste, dispositivos de iluminación portátiles y gafas de polímero biodegradables, más delgadas y ligeras», afirmó el líder del proyecto, el profesor Kenichi. Oyaizu, Departamento de Química Aplicada, Universidad de Waseda.

«Creo que este es el primer paso hacia el diseño integral de la próxima generación de polímeros optoelectrónicos que puedan proporcionar una alta eficiencia en la extracción de luz sin dañar el medio ambiente».

Gracias a interacciones intermoleculares únicas, los compuestos de los investigadores pueden procesarse fácilmente en HRIP transparentes y de bajo costo para aplicaciones optoelectrónicas, así como degradarse y reciclarse mediante un protocolo económico, lo que los convierte en una opción sostenible.

Los dispositivos optoelectrónicos se han introducido en muchos aspectos de nuestra vida diaria, desde pantallas OLED hasta fotodetectores, sistemas de seguridad y monitorización ambiental. En todas las aplicaciones, estos dispositivos utilizan polímeros de alto índice de refracción (HRIP) para controlar la luz.

En general, las propiedades ópticas de los HRIP transparentes permiten la transmisión y el procesamiento eficiente de la luz, lo que permite que los dispositivos optoelectrónicos dirijan y controlen el flujo de luz para optimizar su rendimiento. Pero no existen opciones de bajo costo para los HRIP que puedan garantizar un buen rendimiento óptico y al mismo tiempo ser transparentes y respetuosos con el medio ambiente. Esto se debe a que para la mayoría de los materiales existe un equilibrio inherente entre el índice de refracción, la transparencia y la procesabilidad.

Este artículo fue coautor de Seigo Watanabe, del Instituto de Investigación en Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Waseda, así como de Luca M. Cavenato y Rubén De Costa, ambos de la Cátedra de Materiales Biofuncionales de la Universidad Técnica de Munich, Alemania. .

La familia de compuestos propuesta se llama poli(tiourea) (PTU), donde cada unidad repetida del polímero (monómero) incluye un anillo aromático simple unido a un grupo tiourea (H).₂N-C(=S)-NH₂). Estas PTU tienen una propiedad excepcional: las unidades de tiourea en diferentes cadenas de polímeros se atraen entre sí mediante enlaces de hidrógeno, un tipo de interacción intermolecular. En pocas palabras, los átomos de azufre (S) en un grupo de tiourea atraen a los átomos de hidrógeno (H) unidos al nitrógeno (N) en otro grupo de tiourea debido a diferencias locales en la carga eléctrica.

Estos enlaces de hidrógeno polarizables hacen que la PTU esté densamente empaquetada, creando redes densas. Dado que el polímero es amorfo y no tiene disposición cristalina, es muy transparente.

Al mismo tiempo, los anillos aromáticos actúan como espaciadores, aportando cierta rigidez y resistencia mecánica y contribuyendo a un aumento del índice de refracción. El equipo de investigación analizó cuidadosamente las propiedades de estas PTU y demostró su potencial integrándolas en componentes optoelectrónicos experimentales, obteniendo resultados impresionantes. Más específicamente, las PTU propuestas mostraron una alta transparencia de más del 92% y un índice de refracción excepcional de 1,81.

En particular, el equipo también investigó si las PTU podrían descomponerse fácilmente en moléculas más simples y útiles. “Debido a los recientes problemas ambientales causados ​​por los desechos plásticos, la degradación de polímeros en monómeros se convierte en una función esencial que conduce al reciclaje sostenible, hasta donde sabemos, ha habido muy pocos intentos de transferir la degradabilidad a los HRIP y, a pesar de esto, diseños sistemáticos para HRIP biodegradables. necesidades globales”.

Sus esfuerzos llevaron a un protocolo de degradación simple que involucraba condiciones suaves de calentamiento y mezcla con diaminas, suficiente para descomponer las PTU en pedazos más pequeños que pueden reprocesarse o reutilizarse para la síntesis química de nuevas PTU.

Título del artículo original: Concepto de enlace H polarizable en poli(tiourea aromática): alto índice de refracción, transmitancia y fuerza de descomposición sin precedentes para una mayor eficiencia luminosa. Fue publicado en la revista Advanced Functional Materials.