Evaluación teórica de las propiedades electrónicas y estructurales que afectan a la conductividad eléctrica en copolímeros de furano-tiofeno

Theoretical evaluation of the electronic and structural properties that affect the electrical conductivity in furan-thiophene copolymers

Desde el punto de vista científico y tecnológico ha habido un gran interés en el uso de monosustituyentes de furano y tiofeno como polímeros conductores, debido a sus múltiples aplicaciones como OLED, amplificadores ópticos, nanotecnología, entre otros. Por ello, el propósito de este trabajo fue estudiar los aspectos teóricos que afectan las propiedades electroconductoras de este tipo de moléculas. Se determinaron teóricamente los aspectos estructurales y electrónicos que influyeron en la conductividad de copolímeros de furano–tiofeno monosustituidos, al utilizar grupos carboxilos, metilos, hidroxilos, ciano y fluoruros como sustituyentes en el carbono C3 y C10 de cada heterociclo. La diferencia de energía entre el LUMO y el HOMO (band gap, E_g) y el potencial de ionización (PI) fue calculada a partir de las geometrías optimizadas en DFT para el estado neutro, anión y catión. Los PI y la E_g de los copolímeros fueron obtenidos mediante la extrapolación de los valores del oligómero a (1/N) y de una cadena de longitud infinita (1/N = 0), obteniéndose una correlación lineal (R = 0,99), la cual se mantiene a lo largo de todos los modelos de ajuste de cada copolímero analizado en el estudio.

Introducción

En las últimas décadas, los polímeros conductores han tenido gran relevancia debido a sus múltiples aplicaciones gracias a que presentan propiedades como una gran estabilidad térmica y la capacidad de formar películas [1]. Estas ventajas facilitan el procesamiento y la fabricación de los polímeros a costos bastante razonables [2]. El uso de heterociclos alternados de cinco miembros (furano, tiofeno, pirrol, borol) mejora de forma significativa las características conductoras de los polímeros, basándose, principalmente, en una disminución de la  energía  entre  el  orbital  molecular  ocupado  de más alta energía (HOMO) y el orbital molecular desocupado de más baja energía (LUMO) [3]. El diseño de mejores materiales electrónicos orgánicos requiere una comprensión profunda de la estructura electrónica de los polímeros conjugados y de los factores que afectan su estabilidad y reactividad.

Ha habido un gran interés en estudiar, teóricamente, los aspectos estructurales y electrónicos que influyen en la  conductividad  de  una  serie de copolímeros de furano–tiofeno monosustituidos, pues es posible observar y cuantificar el efecto en el comportamiento de las propiedades electrónicas de la conductividad, cuando se utilizan grupos sustituyentes, tales como: carboxilo (COOH), metilo (Me), hidroxilo (OH), ciano (CN)  y fluoruro (F), como sustituyentes en el carbono C3 y C10 de cada anillo.