Más allá de la elasticidad: fuerza, tenacidad y rango elástico en polímeros semiconductores

Prácticamente toda la investigación realizada hasta la fecha sobre las propiedades mecánicas de los semiconductores poliméricos (por ejemplo, para fotovoltaicos orgánicos y transistores de película delgada) ha tenido como objetivo subyacente aumentar la "elasticidad": es decir, la deformabilidad y suavidad. Sin embargo, la suavidad es la característica incorrecta para muchas de las aplicaciones previstas para los semiconductores orgánicos, incluyendo pantallas táctiles, sensores químicos y muchas fuentes distribuidas de energía solar en riesgo de daño por indentación, raspaduras y abrasión. Un enfoque en el módulo y la extensibilidad máxima, es decir, propiedades características de la "elasticidad", a expensas de la fuerza, tenacidad y rango elástico, es decir, propiedades características de la dureza y resiliencia, deja muchas aplicaciones potencialmente lucrativas sin explorar. Por ejemplo, en el campo de los fotovoltaicos orgánicos, las aplicaciones en las que los materiales pueden integrarse en superficies ya modificadas por artefactos humanos (por ejemplo, techos, carreteras y superficies exteriores pintadas) comprenden una fuente potencial de energía renovable mucho más grande que los usos específicos previstos para dispositivos altamente dúctiles (por ejemplo, células solares portátiles y vestibles). Aquí, examinamos el comportamiento mecánico publicado de una serie de polímeros π-conjugados (semiconductores) (tanto polímeros donador–aceptor como homopolímeros) e investigamos algunas de las características moleculares asociadas con la fuerza, tenacidad y rango elástico. En particular, extraemos estas cantidades de las mediciones publicadas realizadas utilizando pruebas de tracción pseudo-autónomas (“película sobre agua”, FOW). El criterio principal para la inclusión en nuestro análisis es que al menos una característica de la estructura molecular (por ejemplo, longitud de cadena lateral, regularidad, grado de polimerización, longitud de unidades espaciadoras alifáticas y relación de bloques semiconductores a aislantes en copolímeros) sea variada sistemáticamente mediante síntesis química. Al hacerlo, es posible aislar los efectos de estos aspectos de la estructura química sobre la fuerza, tenacidad y rango elástico, incluso si estas relaciones no fueron reportadas en la literatura primaria.