Como evitar armadilhas na eletrônica de plástico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/08/2012

Os elétrons caem nas armadilhas dos semicondutores orgânicos porque elas têm um nível menor de energia.
[Imagem: Gert-Jan Wetzelaer/University of Groningen]

Armadilha para elétrons

A "eletrônica de plástico", ou eletrônica orgânica, tem uma série de vantagens em relação à eletrônica do silício.

Os circuitos eletrônicos de plástico são flexíveis, podem ser transparentes, consomem pouquíssima energia e são fabricados por impressão, o que significa que eles saem muito mais baratos.

Mas, então, por que não migrarmos já para os componentes eletrônicos orgânicos, a exemplo do que já está sendo feito com os LEDs, que estão virando OLEDs (LEDs Orgânicos)?

O problema é uma armadilha, assim literalmente chamada pelos engenheiros, para explicar a existência de estruturas que aprisionam as cargas elétricas - os elétrons - dentro dos plásticos semicondutores, derrubando sua eficiência.

O problema é que ainda se sabe pouco sobre essas "armadilhas para cargas elétricas".

Semicondutores de plástico

Agora, uma equipe internacional descobriu um mecanismo que parece operar em todos os casos, o que poderá permitir o projeto de componentes eletrônicos orgânicos livres de armadilhas.

Os semicondutores de plástico são feitos de polímeros à base de carbono - daí o "orgânico" em sua designação.

"Nós resolvemos esse quebra-cabeças comparando as propriedades das armadilhas em nove polímeros diferentes," explica Herman Nicolai, da Universidade de Gronigen, na Holanda. "A comparação revelou que as armadilhas em todos os materiais têm um nível de energia similar."

Esse nível de energia ocorre dentro do chamado "hiato proibido de energia", e equivale ao produzido por um complexo água-oxigênio, que pode estar sendo introduzido durante o processo de fabricação.

Os diodos emissores de luz orgânicos (OLEDs) poderão brilhar muito mais, sem gastar mais energia, com plásticos semicondutores sem "armadilhas".
[Imagem: Herman Nicolai/University of Groningen]

Hiato de energia

O hiato de energia representa a diferença em energia da camada externa, na qual os elétrons circulam no seu estado fundamental, e o orbital de alta ordem, para o qual eles são movidos para transportar a carga ao longo do material.

Quando um elétron transportador, em movimento, passa por uma armadilha que está dentro do nível de energia, ele cai lá dentro porque a armadilha tem um nível de energia mais baixo.

"Mas se os químicos puderem projetar polímeros semicondutores nos quais a armadilha de energia esteja acima do orbital mais elevado onde os elétrons se movem, eles nunca cairão lá dentro," disse Nicolai.

E, com o novo trabalho, os químicos já podem fazer isso, projetando suas novas moléculas com os níveis de energia adequados. Os pesquisadores afirmam que os benefícios mais imediatos virão para os OLEDs e para as células solares orgânicas.

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