Conducción eléctrica y magnetorresistencia de materiales com- puestos basados en Poli(3,4-etilendioxitiofeno) y nanopartículas de ferrita de cobalto

GABRIEL PACIARONI; CARLOS ACHA; PAULA SOLEDAD ANTONEL

Rosario

Congreso; IX Reunión Nacional de Sólidos; 2023

Los polímeros orgánicos conjugados que son capaces, mediante distintos tipos de dopado, de pasar de una forma aislante a una de conducción eléctrica son conocidos como polímeros conductores (PC) [1]. Poseen propiedades químicas, eléctricas y mecánicas únicas y sintonizables, así como resistencia a la corrosión, sencilla fabricación y procesamiento, ,y bajo costo. Los materiales híbridos formados por nanopartículas (NPs) inorgánicas embebidas en una matriz de PC son de interés debido a la posibilidad de combinar y mejorar las propiedades de los materiales precursores. Poseen variedad de aplicaciones en sensores, blindajes eléctricos y magnéticos, entre otras [2]. En este trabajo se muestra cómo es posible sintonizar la composición, las propiedades magnéticas y la conductividad eléctrica variando la concentración de reactivos en la síntesis de los compositos.Para ello, se prepararon mediante síntesis química compositos basados en NPs de CoFe2O4 y Poli(3,4-etilendioxitiofeno) (PEDOT [3]). Las NPs, sintetizadas mediante coprecipitación en medio alcalino, presentan un diámetro medio de 14 nm. Para los compositos se empleó ácido dodecilbencensulfónico (DBSA), que proporciona el medio ácido necesario para la polimerización, actúa como dopante del polímero y protector de las NPs. Los materiales fueron caracterizados para conocer su morfología y estructura y, también, mediante medidas de magnetización y de conductividad eléctrica. El objetivo es analizar la influencia de las distintas variables de síntesis, particularmente en la conductividad y sensibilidad al campo magnético. Se estudiaron compositos sintetizados con diferentes concentraciones de EDOT y DBSA. Se encontró que presentan un alto contenido de NPs y que las mismas se mantienen intactas. Se estimó la proporción de material magnético mediante medidas de magnetización, encontrándose que las síntesis llevadas a cabo con una menor concentración de DBSA dan lugar a compositos con mayor contenido de NPs. Las mediciones de espectroscopía UV-Vis mostraron que las síntesis llevadas a cabo con mayor concentración de DBSA o tiempo de polimerización dan lugar a un PEDOT más oxidado y de mayor conductividad eléctrica. Asimismo, la presencia de NPs favorece un estado más reducido. Los compositos alcanzaron valores de conductividad eléctrica del orden de 10−2 S/cm, que disminuyó tanto al reducir la concentración de DBSA como al tratar los sólidos con NaOH, mostrando el efecto del dopaje de los polímeros en la conductividad eléctrica alcanzada. Se estudió cómo la presencia de NPs (aislantes) afecta la conductividad, sugiriendo que interacciones entre estas y las cadenas poliméricas aumentan la resistividad más allá de lo que indicaría una mezcla física de ambos componentes. Algunos de los compositos mostraron efecto magnetorresistivo, es decir variación en su resistencia eléctrica al aplicarles un campo magnético. Se estudió la dependencia de la magnetorresistencia con el dopaje de los polímeros y su conductividad, observando que compositos con mayor proporción de NPs y menor conductividad muestran un mayor efecto. Se discuten estos resultados gracias a la teoría de medio efectivo, donde tanto la conductividad del composito como la sensibilidad de su magnetorresistencia al grado de dopaje están asociadas al rol no trivial que juegan las NPs sobre la conducción eléctrica del PC.[1] P. Chandrasekhar, Conducting Polymers, Fundamentals and Applications: A Practical Approach, 1st. ed., Springer, New York, 1999[2] J. Ind. Eng. Chem. 60 (2018), 53-84[3] J. Mater. Chem. 15 (2005), 2077-2088