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Terça, 02 Junho 2015 13:38

Polímeros condutores à prova do tempo

Pesquisadores do Campus Diadema desenvolvem estudos para compreensão de estruturas moleculares que visam ao aperfeiçoamento desses materiais

Valquíria Carnaúba

Entreteses04 p095 polimeros

Você se lembra da última vez que utilizou algum polímero? Eles estão presentes em nossa vida em inúmeros produtos: utensílios domésticos, eletrodomésticos, brinquedos, componentes de automóveis e computadores. Além disso, constituem nosso corpo – o DNA, que contém o código genético, é um polímero – e os alimentos, como é o caso das proteínas e do amido.

Os polímeros – do grego polys (muitos) e meros (parte ou porção) – são grandes moléculas (macromoléculas) formadas por inúmeras outras menores, chamadas monômeros (monos, que significa um). A lista de facilidades que eles trouxeram à vida moderna é grande, e a preocupação em torno de suas propriedades também mobiliza há anos pesquisadores de todos os países. Isso porque o mundo moderno exige uma abordagem consciente para questões como a diminuição da dependência de polímeros orgânicos derivados do petróleo e o combate à obsolescência funcional desses materiais (que ocorre quando a baixa qualidade encurta o tempo de vida do produto), de modo a permitir a redução de seu  descarte na natureza.

O grupo orientado por Laura Oliveira Péres Philadelphi, docente do Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas (ICAQF/Unifesp) - Campus Diadema, desenvolve estudos promissores relacionados ao entendimento em nível molecular de substâncias que tornam os polímeros mais resistentes à deterioração, aumentando sua eficiência e durabilidade. Camila Gouveia Barbosa, Giovana Artuzo Parolin, Henrique de Lima Secco, Thays Cristina Fernandes dos Santos, Cecília Gonçalves Soares e Beatriz Pesco são alguns alunos que participam do grupo e decidiram focar suas pesquisas em torno dos chamados “metais sintéticos”, como são conhecidos os polímeros condutores – que possuem propriedades elétricas, magnéticas e ópticas próprias aos metais e aos semicondutores.

Entreteses04 p096 fotos polimeros

Acima, à esquerda - Certificado do prêmio Conselho Regional de Química-IV, conquistado pelo grupo em 2013, em função das pesquisas desenvolvidas sobre filmes finos
Acima, à direita - Pesquisadores do ICAQF/ Unifesp envolvidos com a produção de películas protetoras para polímeros condutores
Abaixo, à direita - As pesquisas de materiais destinados à proteção de polímeros condutores são realizadas nos laboratórios da Unifesp
Abaixo, à esquerda - Laura Oliveira Péres Philadelphi, docente do  ICAQF/ Unifesp e orientadora do estudo

O mais adequado seria chamá-los de “polímeros conjugados”, pois são formados por cadeias que contêm ligações simples e duplas, alternadas entre átomos de carbono (conforme mostra a ilustração à página 67). A conjugação das cadeias de carbono, aliada ao processo de dopagem – que consiste na adição ou remoção de elétrons (reações de redução e oxidação, respectivamente) nas cadeias poliméricas –, é o que torna esse material condutor. Uma propriedade interessante que se obtém quando esses processos ocorrem é o chamado eletrocromismo, evidenciado pela mudança de cor do material. Mas, condutor ou não, o polímero tem um ponto fraco: é sensível à ação de agentes naturais. “Buscamos as formas como esse material pode ser protegido contra qualquer tipo de degradação”, explica Laura. Segundo a pesquisadora, o grande problema da deterioração dos metais sintéticos é a perda de eficiência na emissão de luz e na transmissão de dados, levando a seu descarte precoce. Recentemente, descobriu-se que isso pode ser revertido com o aumento da cristalinidade desses polímeros, ou seja, do alinhamento parcial de suas cadeias moleculares.

Para os polímeros, a cristalinidade é associada à compactação das cadeias de moléculas, de modo a produzir uma matriz atômica ordenada. Qualquer desalinhamento faz a estrutura tornar-se amorfa. O grau de cristalinidade afeta, até certo ponto, diversas propriedades físicas dos polímeros. Os polímeros cristalinos são geralmente mais fortes, além de mais resistentes à dissolução e ao amolecimento por calor.

Além de o material estar protegido para evitar a degradação, é preciso que as moléculas dispostas em torno do polímero original estejam alinhadas, de forma que as cadeias possam absorver e emitir luz polarizada, assim conhecida como o feixe de luz que se propaga em uma só direção. Nesse contexto, a técnica de Langmuir-Blodgett – que é uma das selecionadas pelos pesquisadores para o desenvolvimento de filmes finos destinados à proteção dos polímeros – é bastante promissora, pois por meio dela torna-se viável a produção de filmes com elevado grau de orientação, necessário ao transporte de dados, e organização estrutural.

Tecnologia sustentável

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Pesquisadores analisam a sintetização de novos materiais híbridos no Laboratório de Materiais Híbridos (LMH) do Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas da Unifesp - Campus Diadema

É importante ressaltar que o grupo aposta na criação de filmes protetores com materiais híbridos, formados por polímeros orgânicos, como os polifluorenos, politiofenos e poli (fenilenos-vinilenos) – estes conhecidos como PPV –, e materiais inorgânicos, como a sílica e a argila, que funcionam como meios de proteção. A vantagem dessa mistura é a sustentabilidade: “Se o sistema possuir algo entre 5% e 10% de polímero, podemos garantir a mesma eficiência, em termos de emissão, que um material formado apenas pelos polímeros conjugados.” Para a pesquisadora, uma taxa de eficiência em torno de 25% em relação ao padrão já justificaria a distribuição desses filmes protetores no mercado.

As lâmpadas de LED poliméricas, que prometiam substituir as superfícies de cristal líquido presentes em monitores de computadores, telas de TV e celulares, já não são mais alvo de avanços no setor. Agora, os cientistas começam a focar o desenvolvimento de novos tipos de lâmpadas e células poliméricas fotovoltaicas orgânicas. “Como a aplicação de filmes protetores contribui para a condutividade por meio da orientação das cadeias poliméricas, teremos no futuro painéis de captação solar maleáveis tão eficientes quanto os mesmos equipamentos produzidos com materiais rígidos disponíveis hoje”, garante Laura.

Aplicações em outras áreas, como no desenvolvimento de dispositivos fabricados com polímeros condutores para detecção de ácido úrico no organismo humano, marcadores de tumor e até os “narizes eletrônicos” (capazes de identificar determinadas propriedades de um material por meio de sensores químicos), já são visadas pelos pesquisadores. Mas o aperfeiçoamento desses sistemas ainda é um desafio a ser transposto. “Essa classe de materiais apresenta alguns problemas que dificultam seu emprego industrial, como a degradação térmica e química quando expostos à luz”, finaliza a pesquisadora.

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SOARES, Cecilia Gonçalves; CASELI, Luciano; BERTUZZI, Diego Luan; SANTOS, Fabio Santana; GARCIA, Jarem Raul; PÉRES, Laura Oliveira. Ultrathin films of poly (2,5-dicyano-p-phenylene-vinylene)-co-(p-phenylene-vinylene) DCN-PPV/PPV: A Langmuir and Langmuir-Blodgett films study. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, [s.l.], v. 467, p. 201-206, fev. 2015. Disponível em: <dx.doi.org/10.1016/j.colsurfa.2014.11.033>. Acesso em: 27 mar. 2015.

SAKAI, Andrei; PÉRES, Laura Oliveira; CASELI, Luciano. Langmuir and Langmuir-Blodgett films of Cl-PPV mixed with stearic acid: implication of the morphology on the surface and spectroscopy properties. Colloid and Polymer Science, [s.l.], v. 293, n. 3, p. 883-890, mar. 2015. Disponível em: <dx.doi.org/10.1007/s00396-014-3477-4>. Acesso em: 27 mar. 2015.

BARBOSA, Camila Gouveia; FAEZ, Roselena; CASELI, Luciano; PÉRES, Laura Oliveira. Implications of the structure for the luminescence properties of NBR-PF blend devices nanostructured as Langmuir-Blodgett films. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, [s.l.], v. 441, p. 398-405, jan. 2014. Disponível em: <dx.doi.org/10.1016/j.colsurfa.2013.09.031>. Acesso em: 27 mar. 2015.

FERREIRA, Gabriel Cervoni; CASELI, Luciano; PÉRES, Laura Oliveira. Block copolymers of o-PPV organized at the molecular scale as Langmuir and Langmuir-Blodgett films. Synthetic Metals, [s.l.], v. 194, p. 65-70, ago. 2014. Disponível em: <dx.doi.org/10.1016/j.synthmet.2014.04.030>. Acesso em: 27 mar. 2015.

Publicado em Edição 04
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