Análisis de la inestabilidad en capas de polímeros

En la exploración de las propiedades de formación de polímeros, un equipo de ingenieros del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) ha dado con un descubrimiento en relación a estos tipos de materiales, que podrían desembocar en una mejora de los métodos de creación de capas cristalinas estables para su integración en aplicaciones de electrónica, además pueden ofrecer información sobre otras series de fenómenos.

El equipo de investigadores ha determinado que la temperatura puede jugar un papel decisivo en la determinación de dos procesos (llamados “cristalización” y “desmojado” respectivamente), que podría “tomar la iniciativa” cuando una capa semicristalina de polímero se endurece, lo que da como resultado la concesión de propiedades cualitativamente diferentes a la capa final. Los resultados podrían conducir a un mejor control de estos dos procesos, que tradicionalmente ocasionan imperfecciones en las capas de polímeros durante su formación.

Las imperfecciones pueden obstaculizar el rendimiento potencial de las nuevas tecnologías, tales como las células solares o transistores, que emplean las capas de polímeros orgánicos en su superficie. Según comentaba Christopher Soles, ingeniero químico y uno de los integrantes del equipo de investigación; “En este momento, la industria de semiconductores orgánicos se está obstaculizando por la falta de comprensión en la formación de cristales en capas delgadas de polímeros. Si la fotovoltaica orgánica, por poner un ejemplo, está cada vez más cercana a ser fabricada y comercializada, es necesario comprender cómo funciona el proceso de formación de capas en el método de trabajo. Hay que conocer las propiedades de estos materiales en primer lugar, para controlar así su estabilidad”.

Cuando una capa de polímero se enfría, puede ocurrir dos cosas diferentes a nivel local dentro de ella: o sus moléculas se cristalizarían a partir de algunos centros de nucleación, expandiéndose posteriormente en el entorno inestable de la capa. O, a causa de las diferencias entre la química de polímeros y su sustrato, como una oblea de silicio, la capa de moléculas puede “desmojar”, de forma similar a lo que ocurre con las gotas de agua que caen sobre un parabrisas. Si la cristalización y el desmojado se producen simultáneamente, pueden formar imperfecciones, convirtiéndose en una traba para las aplicaciones que se basan en la uniformidad de capas, tales como las células solares orgánicas. El reto es mantener bajo control estas inestabilidades para fines constructivos.

A través del uso de modelos de polímeros con un comportamiento de cristalización entendido de esta forma, el equipo de ingenieros descubrió que unos pocos grados de variación en la temperatura controlan la cristalización y el desmojado, lo que dominaría el proceso de endurecimiento. También encontraron que cada vez que dos cristales se expanden y chocan, la tensión creada en el contacto entre sí puede causar desmojado, pero si el ángulo entre los dos frentes de expansión es lo suficientemente pequeño, esta puede ser localizada para evitar el desmojado.

El aspecto más importante de este descubrimiento no es sólo que ofrezca una mejor comprensión de las capas de polímeros, que son utilizados en una amplia gama de tecnologías de recubrimiento e interfaz, sino también podrían dar solución a toda una clase de problemas matemáticos, los cuales tienen múltiples efectos positivos por poner un ejemplo en fines médicos, a través del entendimiento de la formación de tejido dentro de organismos vivos.

Más información: National Institute of Standards and Technology (NIST)