Estudo contribui para a produção de dispositivos eletrônicos flexíveis

Pesquisa realizada por brasileiros e italianos ordenou a estrutura do politiofeno, melhorando as qualidades ópticas e eletrônicas do material orgânico

José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – A eletrônica flexível é uma das grandes tendências tecnológicas na atualidade. Trata-se de um segmento em expansão acelerada com expectativa de dobrar o valor ao longo da próxima década.

Equipamentos optoeletrônicos – que fornecem, detectam e controlam luz – extremamente leves e dobráveis deverão se tornar corriqueiros no futuro próximo e há muita pesquisa sendo feita para isso. Um exemplo é o trabalho recentemente publicado na Scientific Reports.

Conduzido por pesquisadores brasileiros e italianos, trata-se de um estudo experimental e teórico que buscou melhorar as propriedades ópticas e eletrônicas do politiofeno. Por exibir leveza, flexibilidade e facilidade de processamento, o politiofeno é um material orgânico muito atraente em termos mecânicos.

“A configuração do politiofeno, se processado no modo mais comum, por gotejamento e rotação [spin casting], é bastante desordenada, comprometendo seu desempenho óptico e eletrônico. Em nosso trabalho, a proposta foi ordenar o material, tornando-o muito mais seletivo na emissão e absorção de luz”, disse Marilia Junqueira Caldas à Agência FAPESP.

Professora titular no Instituto de Física da Universidade de São Paulo, Caldas participou do estudo, contribuindo para a construção do arcabouço teórico que descreveu e explicou os dados experimentais.

O ordenamento mencionado por ela foi obtido de um modo surpreendentemente simples. Uma gota do polímero em solução foi depositada sobre um suporte. À medida que evaporava, uma espécie de grade foi aplicada sobre a gota, fazendo com que passasse a apresentar uma sequência de estrias paralelas. O estriamento ordenou a estrutura interna do material [veja a figura a seguir].

 

Ordenamento do politiofeno: (a) ilustração esquemática do processo experimental; (b) microscopia confocal; (c) microscopia eletrônica de varredura; (d) micrografias de AFM (Atomic Force Microscope); (e) perfil de altura; (f) vista 3D do material ordenado (imagem: Scientific Reports). 
 

“Com o ordenamento, o polímero passou a absorver e emitir luz de modo muito previsível, possibilitando emissão estimulada de luz em frequências não disponíveis no filme desordenado. Foi um ganho em seletividade. Além disso, o dispositivo resultante ficou muito mais leve do que outros com função similar, baseados em superposições de vários tipos de semicondutores”, disse Caldas.

A relação entre ordenamento e seletividade foi explicada pela pesquisadora.

“Fizemos um cálculo de dinâmica molecular para saber como o polímero se comportava na fase desordenada. Obtivemos um conjunto de estruturas tortuosas, enganchadas umas nas outras e enoveladas. Em uma situação dessas, o elétron que é arrancado de sua posição inicial pela incidência da luz pode se afastar do buraco deixado na cadeia de átomos e migrar para regiões bem distantes no interior do material”, disse.

“Como isso ocorre com grande número de elétrons, o resultado é que a absorção e a emissão da luz se tornam extremamente desordenadas. Com a moldagem, as cadeias de átomos ficam quase lineares. E elétrons e buracos permanecem muito próximos, nas mesmas cadeias. O elétron sai e depois volta para o mesmo lugar. Absorve e emite ali”, disse Caldas.

Desse modo, um material intrinsecamente desorganizado foi organizado durante o processo de “crescimento”. E a organização faz com que ele se preste a um amplo conjunto de aplicações optoeletrônicas.

“Nossa abordagem demonstra uma estratégia viável para direcionar propriedades ópticas por meio do controle estrutural. A observação do ganho óptico abre a possibilidade do uso de nanoestruturas de politiofeno como blocos de construção de amplificadores ópticos orgânicos e dispositivos fotônicos ativos”, destaca o artigo.

Caldas e Rodrigo Ramos, na época do estudo seu orientando de doutorado, receberam apoio da FAPESP por meio do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Eletrônica Orgânica (Ineo). O Ineo é um dos Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia apoiados pela FAPESP em parceria com o Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

O artigo Tailoring optical properties and stimulated emission in nanostructured polythiophene (doi: https://doi.org/10.1038/s41598-019-43719-0), de Alberto Portone, Lucia Ganzer, Federico Branchi, Rodrigo Ramos, Marília J. Caldas, Dario Pisignano, Elisa Molinari, Giulio Cerullo, Luana Persano, Deborah Prezzi e Tersilla Virgili, está publicado em www.nature.com/articles/s41598-019-43719-0.