Plásticos que conducen la electricidad

Regalo de los dioses

Hacia 1978, el profesor Alan MacDiarmid, de la Universidad de Pensilvania, imparte una conferencia en Tsukuba, Japón. Al terminar la conferencia se acercan diversos asistentes a mostrar su reconocimiento y gratitud al conferenciante y a plantearle algún tema, o pedir su opinión sobre resultados experimentales que les ocupa y preocupa. MacDiarmid escucha a todo el mundo con atención. Siempre encuentra el lado positivo y encomiable del más insignificante de los resultados experimentales. No importa que se trate de profesores tan consagrados como él mismo, o de incipientes autodidactas (de lo que doy fe). Uno de los profesores, Jideki Shirakawa le comenta que ha sintetizado un material plástico con aspecto metálico. Parece una novedad interesante. Hablan de la posibilidad de estudiarlo mediante técnicas disponibles en la Universidad de Pensilvania para medir propiedades a compuestos semiconductores en colaboración con Alan Heeger de la Universidad de California en Santa Bárbara.El resto es historia: el polímero, como el resto de los plásticos conocidos, no conduce la electricidad, pero al someterlo a vapores de yodo (doparlo) se va oxidando progresivamente y la conductividad aumenta, de forma continua, pasa por los valores correspondientes a los centenares de semiconductores inorgánicos conocidos (responsables de la microelectrónica desarrollada este siglo), llegando a conducir como los metales.

Calidad de vida

Un mundo nuevo, ¡un solo material blando, flexible y manejable capaz de sustituir a los cientos de semiconductores inorgánicos rígidos, que sólo son manipulables a elevadas temperaturas y en el vacío! Más que un material parece un regalo de los dioses a la humanidad. Siendo semiconductores, ¿sería posible desarrollar dispositivos microelectrónicos poliméricos sobre substratos también flexibles y elásticos?. ¿Podríamos construir ropa inteligente, conteniendo equipos electrónicos estampados, o sensores poliméricos, capaces de controlar todas nuestras funciones vitales, o de alertarnos sobre posibles agresiones (solares, radiaciones, contaminación, etcétera) del medio ambiente?Una microelectrónica desarrollada con materiales blandos sería barata: los polímeros se pueden disolver y las disoluciones se aplican por técnicas baratas de escritura (impresoras de chorro de tinta) sobre el substrato.

La introducción de la electroquímica por nuevos grupos de investigación permitió, en los primeros años ochenta sintetizar nuevos polímeros conductores y, sobre todo, controlar el proceso de dopado/desdopado, con lo que aparecen nuevas propiedades. El volumen del material cambia con la carga eléctrica, lo que permite desarrollar los músculos artificiales (en este campo las primeras patentes son españolas) para microrrobótica. También cambia el color (electrocromismo), pudiendo construir ventanas inteligentes (mantendrán la misma luminosidad dentro de edificios, automóviles, etcétera), así como pantallas planas (televisores), filtros de luz inteligentes y lonas miméticas, como la piel del camaleón o de la sepia. Además almacenan cargas, siendo adecuados para pilas y baterías completamente orgánicas y biodegradable.

Estos polímeros sienten la presencia de los compuestos químicos ambientales modificando sus propiedades: sirven para construir sensores para nuestros edificios, automóviles, electrodomésticos, etcétera Una aplicación son las narices electrónicas, capaces de diferenciar vinos o aceites, de detectar el estado de los alimentos, o controlar el punto de un plato al gusto personal en un microondas.

Estos materiales actúan como traductores (transductores) de señales electróniocas en iónicas. Señales electrónicas son producidas y transformadas por los equipos electrónicos (cámara de vídeo). Señales iónicas y químicas son las que emplea nuestro sistema nervioso. La cámara de vídeo no se puede conectar al nervio óptico porque los dos sistemas usan distintos portadores. Los polímeros conductores son biocompatibles con las neuronas y se trabaja para que lleguen a ser el muelle de conexión entre equipos electrónicos y el sistema nervioso: interfases nerviosas o nervios artificiales. Se podrá conseguir que los ciegos vean, los sordos oigan, o que quienes perdiesen un brazo o una pierna, implantarles una mecánica que se mueva bajo las órdenes y el control directo del cerebro, como la propia.

Actúan estos materiales, además, como membranas inteligentes cuyo tamaño de poro es controlable por el potencial eléctrico. Cuando dominemos todo el proceso de síntesis y control, los procesos de diálisis, electrodiálisis, desalinización del agua del mar, o la purificación de las aguas residuales serán sencillos, rápidos y baratos, dejando de estar en manos de las multinacionales y terminándose las guerras de los trasvases.

No menos espectaculares son las propiedades ópticas, con el desarrollo de díodos blandos y flexibles, que emiten luz fría en todos los colores. El desarrollo de guías ópticas y de todo tipo de dispositivos optoelectrónicos están comenzando a revolucionar la capacidad de las comunicaciones de voz, datos e imágenes, y con ellas, nuestras vidas cotidianas.

Además de las aplicaciones estratégicas, como las pinturas antirradar, los blindajes iónicos y electromagnéticos, disponemos ¡por fin! de cables conductores moleculares, base para una electrónica molecular, que ocupará a los químicos orgánicos, físicos, matemáticos e ingenieros durante los próximos cien años y que reducirá los superordenadores a dimensiones milimétricas. En éstos y otros campos, además de la construcción de modelos teóricos para los nuevos materiales y sus propiedades, han tenido y tienen aportaciones importantes de MacDiarmid, Shirakawa y Heeger (solos y en colaboración con decenas y decenas de investigadores de todo el mundo).

Su trabajo nos ha abierto la puerta a un mundo de posibilidades, científicas y tecnológicas, asombrosas, creando esperanzas de alivio para los sufrimientos humanos y de mejora de la calidad de vida. Ellos nos han desvelado un mundo desconocido y nos enseñaron que, en la ciencia actual, las ideas han de transformarse inmediatamente en puestos de trabajo, como en la empresa (Uniax Corporatio) creada por Heeger.Es por todo ello que la Academia Sueca se ha decidido, y confío en que estemos de acuerdo que acertadamente, distinguirlos con el Nobel de Química del año 2000. ¡Gracias, Maestros, por regalarnos con nuevas realidades y, sobre todo, con tantas expectativas, alimento de nuestra imaginación para crear un mundo nuevo!

Toribio Fernández Otero es catedrático de Química-Física de la Unviersidad del País Vasco, en comisión de servicios en la Universidad Politécnica de Cartagena.