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La investigación, publicada en la revista ‘Nature’, muestra cómo fabricar un tipo de material en el que los fragmentos moleculares están mezclados y desordenados, pero que aún así puede conducir la electricidad extremadamente bien.
Según explican los investigadores, esto va en contra de todas las reglas conocidas sobre la conductividad y podría ser extraordinariamente útil.
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”En principio, esto abre el diseño de toda una nueva clase de materiales que conducen la electricidad, son fáciles de moldear y son muy robustos en condiciones cotidianas”, explica John Anderson, profesor asociado de química en la Universidad de Chicago y autor principal del estudio.
“Esencialmente, sugiere nuevas posibilidades para un grupo de materiales de gran importancia tecnológica”, añade Jiaze Xie, doctorado ahora en Princeton y primer autor del trabajo.
Metal necesario para dispositivos electrónicos
Los materiales conductores son absolutamente esenciales para fabricar cualquier tipo de dispositivo electrónico, ya sea un iPhone, un panel solar o un televisor.
El grupo más antiguo y numeroso de conductores es, con mucho, el de los metales: cobre, oro y aluminio. Luego, hace unos 50 años, los científicos lograron crear conductores hechos de materiales orgánicos, utilizando un tratamiento químico conocido como “dopaje”, que espolvorea diferentes átomos o electrones a través del material.
Señalan que esto es ventajoso porque estos materiales son más flexibles y fáciles de procesar que los metales tradicionales, pero el problema es que no son muy estables; pueden perder su conductividad si se exponen a la humedad o si la temperatura se eleva demasiado.
Pero fundamentalmente, tanto estos conductores orgánicos como los metálicos tradicionales comparten una característica común. Están formados por filas de átomos o moléculas rectas y muy juntas.
Electrones fluyen a través del material
Esto significa que los electrones pueden fluir fácilmente a través del material, como los coches en una autopista. De hecho, los científicos pensaban que un material tenía que tener estas filas rectas y ordenadas para conducir la electricidad con eficacia.
Entonces, Xie empezó a experimentar con algunos materiales descubiertos hace años, pero ignorados en gran medida. Colocó átomos de níquel como perlas en una cadena de cuentas moleculares hechas de carbono y azufre, y empezó a hacer pruebas.
Para asombro de los científicos, el material conducía la electricidad con facilidad y fuerza. Además, era muy estable. “Lo calentamos, lo enfriamos, lo expusimos al aire y a la humedad, e incluso goteamos ácido y base sobre él, y no pasó nada -recuerda Xie-. Esto es enormemente útil para un dispositivo que tiene que funcionar en el mundo real”.
Pero para los científicos, lo más sorprendente es que la estructura molecular del material era desordenada. “Desde un punto de vista fundamental, eso no debería poder ser un metal -señala Anderson-. No hay una teoría sólida que lo explique”.
El material forma capas
Xie, Anderson y su laboratorio trabajaron con otros científicos de la universidad para intentar comprender cómo el material puede conducir la electricidad.
Tras pruebas, simulaciones y trabajos teóricos, creen que el material forma capas, como las láminas de una lasaña.
Aunque las láminas giren lateralmente, dejando de formar una pila de lasaña ordenada, los electrones pueden seguir moviéndose horizontal o verticalmente, siempre que las piezas se toquen.
El resultado final no tiene precedentes en un material conductor. “Es casi como la plastilina conductora: se puede aplastar en su sitio y conduce la electricidad”, afirma Anderson.
Tecnología electrónica
Los científicos están entusiasmados porque el descubrimiento sugiere un principio de diseño fundamentalmente nuevo para la tecnología electrónica.
Los conductores son tan importantes que prácticamente cualquier nuevo desarrollo abre nuevas líneas para la tecnología, explican.
Una de las características más atractivas del material son las nuevas opciones de procesamiento. Por ejemplo, los metales suelen tener que fundirse para darles la forma adecuada a un chip o dispositivo, lo que limita lo que se puede hacer con ellos, ya que otros componentes del dispositivo tienen que ser capaces de soportar el calor necesario para procesar estos materiales.
El nuevo material no tiene esa restricción porque puede fabricarse a temperatura ambiente. Además, puede utilizarse en aquellos casos en los que la necesidad de que un dispositivo o unas piezas del mismo soporten el calor, la acidez o la alcalinidad, o la humedad ha limitado anteriormente las opciones de los ingenieros para desarrollar una nueva tecnología.
El equipo también está explorando las diferentes formas y funciones que podría tener el material. “Creemos que podemos hacerlo bidimensional o tridimensional, hacerlo poroso o incluso introducir otras funciones añadiendo diferentes enlazadores o nodos”, concluye Xie.