Rumo aos fios condutores moleculares.

Quando se diz que determinados sólidos apresentam propriedades de eletroluminescência, está-se falando da propriedade que os mesmos têm de emitirem luz quando percorridos por uma corrente elétrica (este efeito é utilizado nos diodos e lasers baseados em semicondutores).

A descoberta, há dez anos, da eletroluminescência de um polímero conjugado acabou por dar origem a numerosas pesquisas sobre o assunto. O controle das interações moleculares é um dos principais temas de pesquisa, isto devido ao fato de as mesmas serem cruciais para a exploração dos semicondutores orgânicos.

Os semicondutores orgânicos passaram a despertar grande atenção tanto por parte da eletrônica orgânica, quanto dos fabricantes de dispositivos nanométricos, estes, interessados na manipulação e incorporação de uma molécula única em seus dispositivos.

É bom que se saiba que nos PLEDs - Polymer Light-Emitting Devices: Dispositivos Poliméricos Fotoluminescentes, elétrons e buracos são injetados no polímero semicondutor a partir de um cátodo e de um ânodo. Os elétrons e buracos devem, em seguida, ser transportados através do polímero e se combinarem para, assim, formarem um estado superexcitado que emite a luz.

A fim de obter as melhores performances, o polímero não só precisa apresentar uma boa mobilidade de buracos e elétrons, como também uma eficácia elevada de conversão de cada estado excitado em fóton. Ora, se as interações eletrônicas intermoleculares favorecem uma boa mobilidade dos portadores, reduzem a eficácia de emissão. Trata-se, portanto, de controlar finamente tais interações; os pesquisadores procuram metrizar as interações p-p que favorecem a formação de estados excitados intermoleculares, podendo conduzir à redução ao mesmo tempo da eficiência da fotoluminescência e do gap de energia. Tais interações são particularmente indesejáveis quando se deseja fabricar dispositivos que emitem no azul, uma vez que elas deslocam a emissão para o vermelho.

Uma equipe de pesquisadores das universidades de Cambridge, Oxford, UCL e Berlim (Universidade de Humboldt) acabam de dar um passo conseqüente na direção do domínio das interações intercadeias: utilizaram a química supramolecular para controlar a estrutura de materiais orgânicos eletroativos. Lograram sintetizar os primeiros exemplos de verdadeiros polirotaxanos. Estas supramoléculas são, de algum modo, um "colar de pérolas" macromolecular, obtido enfiando-se várias moléculas cíclicas (na ocorrência de macrociclos de a e b ciclodextrinas que consistem, respectivamente, de seis e sete anéis de glucose) ao longo de uma cadeia polimérica semicondutora (neste caso, o poli-para-fenileno, ou PPP, do poli(4,4-difenilenovinileno) ou PDV e o polifluoreno, ou PF). Para evitar o desenfileiramento dos macrociclos em solução diluída, grupamentos volumosos são acrescentados no fim da cadeia. As supramoléculas assim obtidas são fios moleculares isolados, que apresentam as mesmas propriedades semicondutoras e ópticas que as cadeias não isoladas. Grandes regiões da cadeia polimérica não são cobertas pelos macrociclos, ficando, portanto, expostas: isto poderia explicar porque uma condutividade elétrica satisfatória é mantida, a despeito do isolamento supramolecular.

Figura esquemática de um pseudopolirotaxano. Quando grupos volumosos são colocados nas extremidades da cadeia (em vermelho), impedindo a saída das contas (em zul) têm-se os chamados polirotaxanos.

São múltiplas as vantagens da abordagem feita pela equipe. Primeiramente, os pesquisadores observaram um aumento da luminescência e um deslocamento do comprimento de onda da emissão para o azul. A seguir, mantendo os sistemas cofaciais p a uma distância mínima, determinada pela espessura dos macrociclos, a tendência à agregação é reduzida: isto é fundamental para o desenvolvimento de nanoestruturas eletrônicas moleculares. Em terceiro lugar, os grupos ativos são efetivamente encapsulados em um ambiente protegido, o qual aumenta a estabilidade da molécula, tornando-a menos sensível às impurezas. Finalmente, a grande solubilidade das supramoléculas na água permite obter filmes pela técnica de spin coating, sem a utilização de solventes tóxicos, abrindo caminho a procedimentos e estruturas biocompatíveis.

A eficácia dos PLEDs fabricados pelos pesquisadores ainda é pequena, daí porque os mesmos misturam os materiais utilizados com outros polímeros, a fim de obter melhor mobilidade dos portadores e rendimentos de eletroluminescência mais elevados. Além disso, como os contracátions lítio têm tendência a migrar nos PLEDs, os pesquisadores, atualmente, dedicam-se a fabricar versões não-iônicas destas estruturas.

Nota do Scientific Editor: Este texto é uma tradução/adaptação do original, feita por Maria Isolete Alves (MIA), Managing Editor do LQES Website, e foi veiculado na Nature Materials, vol. 1, no. 3, November 2002 e Chemical and Engineering News (pubs.acs.org/cen). A ilustração aqui apresentada não consta do material original. É fruto de pesquisa feita no www.google.com.