Plásticos que conducen la electricidad (2000)

Tradicionalmente, nos han enseñado que los plásticos son aislantes eléctricos (si no fuera así, no los usaríamos como aislantes de los cables que conducen electricidad). Sin embargo, el premio Nobel otorgado a Alan Heeger, Alan MacDiarmid (ambos norteamericanos) y al japonés Hideki Shirakawa en el año 2000 ha cambiado radicalmente este punto de vista. Después de ciertas modificaciones, un plástico puede convertirse en conductor de electricidad. Los materiales conocidos como polímeros conductores combinan las propiedades eléctricas de los conductores metálicos con las múltiples ventajas de los plásticos.

Un polímero está formado por moléculas que repiten su estructura en forma periódica, dando como resultado una cadena muy larga. Los principales componentes de dichas moléculas son átomos de carbono e hidrógeno, además de otros elementos como el nitrógeno, el azufre y el oxígeno. Ninguno de estos elementos se destaca como buen conductor de la electricidad. Los polímeros conductores se elaboran mediante un procedimiento que fue el resultado de una afortunada equivocación. La historia se cuenta más o menos así:

un estudiante de Hideki Shirakawa estaba sintetizando un polímero conocido como poliacetileno a partir del acetileno. En lugar de obtener el polímero original, que tiene una apariencia de polvo oscuro y opaco, el estudiante obtuvo una película lustrosa, similar al aluminio pero, al mismo tiempo, plegadiza como el plástico que se utiliza en las envolturas de productos comerciales. Dicho producto presentaba, además, una conductividad inusualmente elevada. Al investigar el origen de estos sorprendentes cambios, resultó que tal sustancia había sido originada por un error. Durante el proceso de polimerización, el estudiante había agregado una cantidad mil veces superior del catalizador requerido en el protocolo de la síntesis. Aunque la función del catalizador es favorecer la reacción de polimerización, una cantidad excesiva de este reactivo provocó importantes cambios en la estructura del polímero.

La introducción de este material en el plástico produce una perturbación en el mismo, ya sea removiendo electrones (una oxidación) o agregándolos (reducción). Este proceso se denomina dopaje. Tal y como ocurre con los materiales semiconductores, los polímeros pueden ser dopados mediante la adición de pequeñas cantidades de ciertos átomos que modifican sus propiedades físicas. Al dopar el poliacetileno con vapor de yodo, se logró aumentar la conductividad del plástico en mil millones de veces. Desde este afortunado descubrimiento se ha podido emplear el dopaje en diversos polímeros, como las polianilinas, logrando nuevamente un aumento considerable de la conductividad. En términos de conductividad, medida en Siemens (S), la diferencia entre buenos aislantes y buenos conductores es gigantesca. Como comparación, podemos mencionar que buenos aislantes como el teflón o el poliestireno poseen conductividades muy cercanas a los 0 S por centímetro, mientras que los buenos conductores como el cobre y la plata tienen conductividades de casi 1.000.000 S por centímetro. Algunos productos comerciales, derivados de una forma muy pura del poliacetileno, pueden llegar a tener una conductividad de hasta 200.000 S por centímetro. Aquí entra en juego un factor muy importante: la densidad de los materiales en cuestión. Tanto el cobre como la plata son mucho más densos que el poliacetileno; por lo tanto, si la comparación es realizada a masas iguales, la conductividad del polímero duplica a la del cobre. Esta propiedad es de especial importancia en aplicaciones donde el peso resulta crítico, como es el caso de los transportes aéreos y espaciales.

Los polímeros conductores son materiales con enormes posibilidades de aplicación: ser sustitutos del cobre y otros metales, para generar pantallas de teléfonos celulares y de computadoras portátiles, o para ser utilizados como nervios artificiales, que serían prácticamente inertes dentro del cuerpo humano.