Añadiendo nanopartículas semiconductoras a los polímeros, el grupo de investigación «Materiales + Tecnologías» (GMT) de la Escuela Universitaria Politécnica de la UPV/EHU (Donostia-San Sebastián) ha creado materiales compuestos nanoestructurados con propiedades ópticas y eléctricas específicas que varían con el tamaño. Dichas propiedades permiten a los investigadores sintetizar partículas del tamaño correspondiente a las propiedades deseadas, y, agregando dichas partículas a los polímeros, dotar al producto final de una propiedad concreta u otra.
En la Escuela Universitaria Politécnica de Donostia-San Sebastián trabajan con partículas que actúan como puntos cuánticos, concretamente con nanopartículas compuestas de cadmio y selenio. Una de las características de los puntos cuánticos es que las propiedades ópticas y eléctricas de la partícula varían con el tamaño.
En el caso de las partículas compuestas de cadmio y selenio, dicha variación ocurre en nanopartículas inferiores a 10 nanómetros -un nanómetro es igual a la millonésima parte de un milímetro-, y, «por tanto, no es lo mismo tener una nanopartícula de 3 nanómetros o de 6 nanómetros», explica Haritz Etxeberria, investigador del departamento de Ingeniería Química y del Medio Ambiente de la UPV/EHU y autor de la investigación. Ello permite sintetizar nanopartículas con propiedades muy concretas, y, posteriormente, introduciendo dichas nanopartículas en otros materiales, el investigador puede preparar nuevos materiales compuestos con propiedades preseleccionadas. «A las propiedades intrínsecas de los materiales básicos se les puede añadir otras a través de las nanocargas: nanopartículas, nanoarcillas, fibras… Finalmente, uniendo las propiedades de unos y otros, se obtienen materiales con nuevas propiedades», dice Etxeberria.
Los investigadores buscan en la optoelectrónica, en la biomedicina y en el campo de los paneles solares las aplicaciones para las partículas que funcionan como puntos cuánticos.
El trabajo realizado por Etxeberria ha consistido en sintetizar nanopartículas compuestas de cadmio y selenio, y, después, analizar métodos para insertar dichas nanopartículas en un polímero. El principal reto suele ser, precisamente, dispersar bien las nanopartículas en el polímero; si no se consigue eso, el material compuesto no tendrá las propiedades que se le pueden conferir a través de las nanopartículas. «Las nanopartículas, al ser tan pequeñas, tienden a agregarse. Por tanto, se obtienen grandes aglomerados, que aparecen mezclados en diferentes fases. Pero, al aumentar el tamaño, pierden las propiedades que tienen como nanopartículas», subraya Etxeberria.
En la primera fase del trabajo de investigación, Etxeberria ha sintetizado nanopartículas de seleniuro de cadmio de diferentes tamaños, y, teniendo en cuenta la importancia que tiene el tamaño en las propiedades de la partícula, ha analizado varios parámetros de síntesis, para optimizar la síntesis de las nanopartículas y obtener nanopartículas de seleniuro de cadmio con el tamaño y las propiedades deseadas.
En la segunda fase, ha analizado metodologías para insertar y dispersar nanopartículas de un tamaño concreto (de entre 3 y 4 nanómetros) en el polímero. Para ello, ha trabajado con un copolímero de bloque compuesto de poliestireno y polibutadieno. «Hemos utilizado copolímeros de bloque, porque permiten obtener fases. Tienen ingredientes inmiscibles entre sí, pero, al estar unidos unos a otros, crean unos ordenamientos de fase a nivel nanométrico, y permiten agregar nanopartículas que tienen afinidad con una fase u otra», explica Etxeberria.
El objetivo de Etxeberria ha sido dispersar las nanopartículas de seleniuro de cadmio en la fase de poliestireno. Para ello, ha probado diferentes técnicas de funcionalización. La funcionalización significa que a las nanopartículas se les agregan en la superficie moléculas que las convertirán en miscibles con la fase seleccionada, para que se dispersen bien en el polímero. Los mejores resultados se han obtenido a través de la técnica grafting through. «Con la técnica grafting through, las nanopartículas se colocan en el entorno donde tiene lugar la polimerización del estireno. Así, el polímero crece a veces desde la superficie de la nanopartícula, otras partículas quedan atrapadas entre las cadenas de polímeros, y también se crea el polímero libre», aclara Etxeberria. El resultado es un material que tiene afinidad con el poliestireno, que confiere una dispersión homogénea deseada al mezclarlo con el copolímero de bloque.
Así lo han demostrado las mediciones realizadas con el material compuesto creado: el material compuesto tiene las mismas características ópticas y eléctricas que tenían inicialmente las nanopartículas. En vista de los buenos resultados de la técnica, Etxeberria está ahora trabajando con otros materiales, como la celulosa.
Referencias:
Haritz Etxeberria, Iñaki Zalakain, Iñaki Mondragon, Arantxa Eceiza, Galder Kortaberria. Generation of nanocomposites based on polystyrene-grafted CdSe nanoparticles by grafting through and block copolymer. Colloid and Polymer Science (on line) (2013) DOI 10.1007/s00396-013-2927-8
Haritz Etxeberria, Iñaki Zalakain, Agnieszka Tercjak, Galder Kortaberria, Iñaki Mondragon Functionalisation of semiconductor CdSe nanoparticles with polystyrene brushes by radical polymerization. Journal of Nanoscience and Nanotechnology Vol. 13 p. 643-648 (2013)
Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa