Os elétrons caem nas armadilhas dos semicondutores
orgânicos porque elas têm um nível menor de energia.[Imagem: Gert-Jan
Wetzelaer/University of Groningen]
Como evitar armadilhas na eletrônica de plástico
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.
Bibliografia:
Unification
of trap-limited electron transport in semiconducting polymers
H. T.
Nicolai, M. Kuik, G. A. H. Wetzelaer, B. de Boer, C. Campbell, C. Risko, J. L.
Brédas, P. W. M. Blom
Nature Materials
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nmat3384
Inovação tecnológica.
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