Metal e polímero são finalmente integrados em um único material

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/02/2023

As pequenas cadeias de metal-polímero sendo estudadas por raios X.
[Imagem: Kaiwen Zeng et al. - 10.1002/anie.202216060]

Mistura de polímero com metal

Existem muitos compósitos, ou materiais compostos, formados pela junção de materiais diferentes, o que lhes dá propriedades imbatíveis frente aos materiais naturais.

Mas sempre foi muito complicado tentar misturar metal com polímero, parecendo que estávamos fadados a contar apenas com cada um deles individualmente.

Devido às diferentes estruturas eletrônicas dos átomos metálicos e dos não metálicos, é difícil conferir aos polímeros as propriedades dos metais - como alta condutividade térmica e elétrica. E isso seria muito interessante porque polímeros com estrutura metálica poderiam combinar as vantagens de ambos os tipos de materiais e abrir caminhos para materiais com novas funcionalidades.

O problema está nas ligações fracas entre os átomos metálicos, que não conseguem estabilizar um esqueleto polimérico da mesma forma que os átomos não metálicos dos polímeros convencionais.

Mas as coisas não precisam ficar assim para sempre, demonstraram agora Kaiwen Zeng e colegas da Universidade de Fudan, na China.

Zeng conseguiu sintetizar um polímero estável com uma espinha dorsal feita de átomos de níquel.

A espinha dorsal metálica assume uma forma helicoidal.
[Imagem: Kaiwen Zeng et al. - 10.1002/anie.202216060]

Metal-polímero

A equipe usou uma molécula em forma de cálice (calixareno), com quatro locais de ligação, como andaime para o polímero metálico.

Eles anexaram quatro cadeias de poli(aminopiridina) aos calixarenos, que agrupam as quatro cadeias e as alinham em paralelo. E, usando um procedimento sintético iterativo, no qual os grupos de proteção e as tampas das extremidades das cadeias são ligadas e depois removidas, a equipe produziu cadeias de comprimento preciso.

Veio então a etapa da metalação: Os átomos de nitrogênio das moléculas da cadeia ligam-se ao níquel, com a distância entre eles correspondendo exatamente à distância das ligações metal-metal, fazendo com que os átomos de níquel se unam em uma única linha - as quatro cadeias de poli(aminopiridina) envolvem a cadeia de níquel criando um formato parecido com uma hélice.

A equipe construiu seus polímeros com estrutura central de níquel em vários tamanhos, de três até 21 átomos de níquel. E, de forma inesperada, a distância entre os átomos de níquel diminui à medida que o comprimento da cadeia aumenta, fortalecendo as ligações Ni-Ni.

Isso indica que, quando produzido em larga escala, o material metal-polímero poderá ser ainda mais resistente do que se esperava. O metal polimérico também conduz eletricidade, é termicamente estável e pode ser processado em solução.

Além disso, o material apresentou forte absorção de luz dependente do comprimento com intervalos de banda estreitos, o que é promissor para construir componentes optoeletrônicos e semicondutores.

A equipe agora pretende testar sua nova estratégia de síntese usando outros metais de transição, como cobre e cobalto.

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