Tecnología OLED

Todo sobre la tecnología OLED y por qué debería importarme

Cada cierto tiempo vivimos un cambio generacional tecnológico, algunos son más drásticos que otros impactando nuestro entorno, nuestra forma de comunicarnos o nuestra calidad de vida. Pero otras veces el cambio es importante porque afecta la fabricación de equipos que usamos a diario pero en la práctica nosotros no nos damos cuenta o sólo agradecemos que algo “se mejoro”. Y en estos momentos estamos viviendo el cambio más importante que se ha visto en los televisores después de que olvidamos esos viejos televisores CRT que eran muy grandes y nos pasamos a las pantallas planas. Plasmas, LCD o LED… Ya no importa, es tecnología vieja.

El presente y el futuro es OLED, una tecnología de la cuál se viene hablando hace tiempo y de a poco se viene aplicando en pequeñas pantallas pero que ahora se comienza a masificar mundialmente en televisores, siendo el LG el primer fabricante que pondrá a la venta un televisor este mismo mes en Corea (WRGB OLED TV Modelo 55EM9700).

Pero ¿Qué es OLED?

Actualmente todos los televisores que llamamos “planos” requieren una fuente de iluminación para reproducir imágenes coloridas en la pantalla y todas las pantallas son LCD pero esa “retroilumunación” es lo que define el nombre del producto. Por ejemplo los LED son en verdad LCD con retroiluminación LED y los Plasmas son LCD con retroiluminación plasma. OLED en cambio es un tipo de pantallas que no requieren tener retroiluminación, es la misma pantalla la que genera la imagen y que al mismo tiempo se ilumina.

OLED es la abreviación de organic light-emitting diode (Diodo orgánico de emisión de luz), y como su nombre lo indica se trata de diodos con una capa electroluminiscente formada por una película orgánica que reacciona a una determinada estimulación eléctrica generando y emitiendo luz por si mismo.

Esto implica una serie de ventajas respecto a la tecnología anterior, con OLED se pueden fabricar aparatos más delgados porque tienen un componente menos en comparación a los LCD; Obtener un mejor brillo y contraste porque los pixeles emiten la luz directamente así que el rango de colores es mejor; Menos consumo de energía porque no necesitan iluminar para generar el color negro, entre otras cosas; Mejor desempeño en ambientes con mucha luz, debido a que emiten su propia luz; Y gracias al OLED se pueden construir pantallas curvas o flexibles, lo que abre una enorme gama de aplicaciones en distintos dispositivos.

Para que se hagan una idea el televisor LG 55EM9700, que acaban de lanzar en el CES, mide tan sólo 4mm de espesor y para lograr mejores colores trabaja con una tecnología llamada OLED blanca, que gracias al RGB se obtiene un color blanco, por eso ese televisor es WRGB.

Actualmente la tecnología OLED se puede encontrar en los teléfonos con pantallas AMOLED, el cuál es una variación del OLED basada en una matriz activa de transistores que determina que pixeles encender y cuales no. Pero en el futuro todas las pantallas que usemos serán OLED, ese futuro en donde las pantallas son flexibles, algunas transparentes y están en todos lados.

Más info en:
Preguntas frecuentes sobre la Tecnología OLED
Diferencias entre un televisor LED y un OLED (Xataka)
Diodo orgánico de emisión de luz (Wikipedia)

Bolígrafo con tinta conductiva

circuit-scribe-conductive-10255

La gente de Urbana Electroninks Incorporated acaba de lanzar un proyecto en Kickstarter para un financiar una pluma que dibuja circuitos electrónicos. Llamado Circuit Scribe, el pequeño dispositivo de mano funciona como un bolígrafo normal, pero libera una tinta conductora de plata no tóxica que se seca al instante, sirviendo para maquetar circuitos o incluso ponerlos en funcionamiento.

Los estudiantes del futuro próximo parece que tendrán mucha suerte en cuanto a las facilidades que aporta la tecnología para que aprendan divirtiéndose, con útiles y herramientas modernas. De sólo pensar en los inventos que hay hoy día para aprender astronomía, física, biología y electrónica, me hace recordar las cosas que teníamos hace 20 años, donde la experimentación se hacía con la imaginación, a través de lo que describía el libro. El proyecto que nos provocó esta nostalgia a la inversa con algo de sana envidia fue el Circuit Scribe, un bolígrafo para dibujar circuitos de tinta conductora que se seca al instante. Ideal para que puedas aprender electrónica de una forma más cómoda, esta versión es una superación de los modelos que ya habíamos conocido anteriormente.

 

Haciendo campaña en Kickstarter, el bolígrafo Circuit Scribe es ideal para que los makers puedan diagramar todo tipo de proyectos de electrónica. Sin necesidad  de agitarla, sin pegotes, sin necesidad de apretar el bolígrafo, sin olor y sin esperas para que se seque, este invento puede dibujar líneas muy definidas de tinta de plata conductiva sobre una gran variedad de superficies. Básicamente, Circuit Scribe quiere que los estudiantes lo utilicen para dibujar bucles físicos. Puedes sincronizarlo con accesorios como baterías, LEDs y sensores para darle diferentes funciones, pero también se puede combinar con plataformas como Arduino y Raspberry Pi para mayor funcionalidad.

Circuit Scribe: Bolígrafo para dibujar circuitos eléctricos con tinta conductiva

 

Sus creadores comenzaron pidiendo 85.000 dólares y hasta el momento de redacción de este artículo la campaña había recaudado más de 450.000 dólares, así que ya te imaginas el éxito. Los partidarios pueden tener en sus manos la pluma por 20 dólares o acceder a un kit más avanzado por 100.  Si todo sigue así, el bolígrafo para dibujar circuitos eléctricos con tinta conductiva estará pronto para junio de 2014.

El Grafeno

Grafeno, el material de ciencia ficción

¿Qué es el Grafeno?

El grafeno es un alótropo del carbono, un teselado hexagonal plano (como un panal de abeja) formado por átomos de carbono y enlaces covalentes que se forman a partir de la superposición de los híbridos sp(2) de los carbonos enlazados. Entre las propiedades más sobresalientes se encuentran que es transparente, flexible, extraordinariamente resistente, impermeable, abundante, económico y conduce la electricidad mejor que ningún otro metal conocido, el Grafeno tiene muchas propiedades que no se habian encontrado antes en ningun otro material, en la actualidad el Grafeno tiene fascinados a científicos y a la industria debido a sus fantásticas propiedades.

Aunque fue sintetizado por primera vez en 2004, saltó a la fama en 2010 cuando sus descubridores, los investigadores de origen ruso Andre Geim (Sochi, 1958) y Konstantin Novoselov (Nizhny Tagil, 1974) recibieron elPremio Nobel de Física. Como ya apuntó entonces Andre Geim, las aplicaciones potenciales del grafeno son tantas que ni siquiera eran capaces de enumerarlas.

Este versátil material permitirá fabricar desde dispositivos electrónicos con pantallas flexibles y transparentes y baterías ultrarrápidas a potentes paneles solares, sin olvidar aplicaciones en aeronáutica, medicina y otros sectores que se investigan en la actualidad. Además, supone una base excelente para crear nuevos materiales a medida, en función de las necesidades específicas. Es decir, algo así como materiales a la carta.

El estudio de las propiedades del grafeno mantiene ocupados a una gran cantidad de científicos en todo el mundo, entre los que destacan las aportaciones de los físicos teóricos españoles.

En fase de desarrollo

Todos hablan de este material aunque pocos lo han visto. Y es que pese a sus prometedoras aplicaciones, todavía se encuentra en fase de desarrollo. El grafeno es una lámina extremadamente delgada compuesta de carbono (sólo tiene un átomo de grosor). El grafito del que se obtiene es el mismo que se extrae de las minas de carbón y se usa para fabricar lápices, frenos de coches o aceros, por lo que se trata de una materia prima muy abundante en la naturaleza. Para conseguir grafeno se puede partir del grafito natural (las minas españolas son ricas en este mineral) o del grafito sintético.

Sin embargo, el principal obstáculo en la actualidad es que aún no es posible fabricar grafeno a gran escala, según explica Jesús de la Fuente, director de la empresa española Graphenea Nanomaterials, una de las pocas compañías que de momento, producen este material. Avanzare y GranphNanotech son otras dos empresas españolas que trabajan con este material.

Existen varias formas de producir grafeno. La cinta adhesiva (exfoliación mecánica) fue el método que utilizó Geim para aislarlo por primera vez y puede servir para algunos experimentos, pero no es un método válido para la industria. Básicamente se comercializa de dos maneras: en formato lámina y en polvo.

Grafeno en lámina

Graphenea, con base en San Sebastián, es una de las tres principales productoras de grafeno en lámina a nivel mundial (sus dos principales competidores son estadounidenses): “Es el grafeno de alta pureza y el que reúne las mejores propiedades. Se emplea para fabricar electrodos de baterías, pantallas táctiles, células solares, electrónica digital y analógica de alta frecuencia o composites avanzados para aeronáutica”, explica De la Fuente en conversación telefónica.

Para producirlo no se utiliza grafito, sino gas metano, que se transforma mediante una tecnología denominada deposición química en fase vapor (Chemical Vapor Deposition, CVD): “Es una de las grandes ventajas, pues no dependemos de ningún producto mineral”, señala.

“Se realiza en un reactor CVD donde se introduce un gas con carbono. Mediante la aplicación de energía se despositan los átomos de carbono sobre un substrato metálico. El siguiente paso es transferir la lámina de grafeno al substrato final que puede ser un polímero, vidrio, silicio u otros, dependiendo de la aplicación”, explica

El precio varía según los tamaños y las propiedades. En los últimos años ha caído ya a la mitad. Una lámina de grafeno cuesta entre 300 y 1.000 euros, una cifra muy asequible para el consumo de investigación pero elevada para otros usos. De la Fuente explica que esperan que el precio siga descendiendo progresivamente y, “a medio plazo (unos cinco años), sea más barato que el silicio, que en la actualidad cuesta alrededor de 50 euros”. “A medida que el mercado vaya avanzando el precio irá bajando. Prácticamente cuesta lo mismo producir una lámina que 100.000″, afirma.

Esta empresa suministra material a sus clientes desde el verano de 2011, tanto a centros de investigación como a grandes empresas. “El 99% de nuestra producción la vendemos en el extranjero, aunque en España hay una gran actividad de investigación. Las empresas ‘start-up’ están llevando a cabo algunas iniciativas mientras que las grandes empresas están a la espera”, explica.

Baterías mucho más duraderas

“El grafeno que vendemos se utiliza, sobre todo, para ensayos. Se está trabajando mucho en almacenamiento de energía. En ultracondensadores (para automóviles, trenes eléctricos y para mejorar el rendimiento de las líneas de distribución eléctrica) y en baterías. Se ha demostrado que con electrodos de grafeno se consiguen baterías diez veces más duraderas”.

De hecho, este material podría solucionar uno de las grandes desventajas de los teléfonos inteligentes, cuyas baterías apenas duran un día. Los prototipos de baterías fabricadas con electrodos de grafeno son diez veces más duraderas que las que llevan los teléfonos que se venden en el mercado y se cargan en mucho menos tiempo (aproximadamente media hora).

Sin embargo, habrá que esperar algunos años para disfrutar de estas baterías. Según De la Fuente, Nokia (su principal cliente) no prevé comercializar dispositivos fabricados con grafeno hasta dentro de cinco años.

El grafeno también podrá usarse en televisores OLED (Organic LED), que estarán fabricados con materiales orgánicos y más sostenibles con el medio ambiente: “Ahora se utiliza como material tierras raras, como el indio, que tienen un impacto ambiental muy grande. Además su precio se ha multiplicado por diez”. La industria busca un sustituto más económico y sostenible, por lo que el grafeno se perfila como una de las alternativas.

Por lo que respecta a los paneles solares, De la Fuente explica que el objetivo es conseguir células de un 42% de eficacia (es decir, que conviertan en electricidad el 42% de la energía solar que reciben). Las que hay ahora en el mercado tienen una eficiencia de aproximadamente el 16%.

Los prototipos de baterías fabricadas con electrodos de grafeno son diez veces más duraderas y se cargan en mucho menos tiempo.

Grafeno en polvo

El grafeno en polvo se utiliza en aplicaciones que requieren un material más barato, como composite para construcción. Lo más frecuente es mezclarlo scon otros materiales. “El proceso de producción de grafeno en formato polvo básicamente parte del grafito como materia prima y consiste en realizar una oxidación violenta y un proceso de ultrasonificación para separar las pequeñas láminas de grafeno que componen el grafito”, explica Jesús de la Fuente.

Sus propiedades no son tan buenas como el grafeno en lámina y conduce peor la electricidad. La demanda de este producto, cuyo precio depende de su pureza, sigue siendo pequeña. El de baja calidad cuesta menos de 10 euros el gramo mientras que el de alta calidad ronda los 100 euros.

“Trabajamos también con equipos de alta competición de vela, que necesitan complementos para las fibras de carbono (el grafeno las mejora)”. También se han hecho algunos ensayos en laboratorio para incorporarlo a la construcción aunque De la Fuente ve difícil su uso en este sector ya que “hacen falta volúmenes muy grandes y precios baratos”.

Los científicos estudian también las posibles aplicaciones en medicina. Por ejemplo, para fabricar biosensores y detectar ADN. “También se especula con la posibilidad de producir implantes neuronales y regenerar tejidos nerviosos dañados”, señala De la Fuente, aunque advierte que, aunque estos avances médicos lleguen llegan a lograrse, tardarían años en aplicarse.

Por su parte, Elsa Prada, investigadora del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid del CSIC, señala que el grafeno podría usarse también en biodispositivos, en envoltorios bactericidas de medicinas y alimentos y como parte de materiales compuestos más ligeros y resistentes (para aviones, coches, etc.).

Grafeno artificial

Pese a sus extraordinarias cualidades, el grafeno no es perfecto. Sin embargo, sí parece una base muy adecuada para desarrollar nuevos materiales inspirados en él y que incorporen nuevas ventajas. Es decir, algo así como un grafeno perfeccionado. Uno de los últimos desarrollos en esta línea es el llamado grafeno artificial, una investigación publicada recientemente en la revista ‘Nature’ y en la que participa el español Paco Guinea, uno de los mayores expertos en grafeno del mundo.

Junto a colegas estadounidenses de la Universidad de Stanford (California), el investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC) ha conseguido fabricar un material que, según explica a este diario, “permite manipular las propiedades más exóticas del grafeno con gran precisión”. El denominado grafeno artificial es un primer paso para sintetizar a gran escala materiales con propiedades cualitativamente similares al grafeno. “Se pueden estudiar propiedades que aún no se han observado en el grafeno real, por no tener la pureza necesaria”, señala a través de un correo electrónico.

Este nuevo material ha sido fabricado colocando y moviendo moléculas de óxido de carbono sobre una superficie de cobre, aunque según señala Guinea, “se pueden usar otros metales”. De momento, “el artificial es más costoso de producir que el otro grafeno”.

Antes de ver productos fabricados con grafeno, Guinea cree que será necesario que “se abaraten los costes”. El investigador espera “que la demostración de que se puede fabricar grafeno artificial lleve a que otros grupos contribuyan a mejorar las técnicas de producción”.

Inspirador de otros materiales

Entre los otros materiales bidimensionales que ha inspirado el grafeno, Elsa Prada destaca el fluorografeno (análogo bidimensional del teflón, con propiedades lubricantes y aislantes extraordinarias), el nitruro de boro hexagonal (aislante cristalino y transparente, de gran dureza, que combinado con el grafeno mejora sus propiedades electromecánicas), el disulfuro de molibdeno (otro cristal bidimensional con prometedoras propiedades para la construcción de una nueva clase de transistores) o el siliceno (versión del grafeno hecho de silicio. Tiene algunas propiedades en común con el grafeno, y como ventaja se podría integrar fácilmente con la electrónica actual basada en el silicio).

Prada, que ha trabajado con Konstantin Novoselov, uno de los descubridores del grafeno, destaca el alto nivel de la ciencia española en el estudio de este material: “El nodo español del proyecto Flagship de la UE es uno de los más activos, y promueve la investigación básica a la par que la transferencia de este conocimiento a la industria”, una labor que, si logra éxito, “supondrá una gran cantidad de fondos para la investigación y el desarrollo de la tecnología de grafeno en España”, añade Prada.

“En estos tiempos de crisis, nuestro país tiene que apostar por convertirse en productora (y no sólo consumidora) de soluciones y productos con potencial y demanda. En particular, el grafeno puedo brindarnos la posibilidad de ser líderes y exportadores a nivel mundial de una tecnología de futuro”, concluye.

Disco Duro de ADN

ADN: el disco duro del futuro

Un cromosoma humano. | Science Photo LibraryUn cromosoma humano. | Science Photo LibraryEl ADN podría convertirse en la materia prima de los discos duros del futuro. Un grupo de investigadores del Instituto Europeo de Bioinformática -perteneciente al Laboratorio Europeo de Biología Molecular- ha creado una forma económicamente viable para almacenar enormes cantidades de información informática en moléculas de ADN.

Menos de un solo gramo de ADN ha servido a los científicos para codificar los 154 sonetos de William Shakespeare, 26 segundos en formato mp3 del discurso de Martin Luther King en 1963 que hizo universal la frase “Yo tengo un sueño” (I have a dream, en el original), una fotografía en jpg, un pdf con la investigación en la que Watson y Crick describieron la doble hélice de ADN y por la que obtuvieron el Premio Nobel y el código utilizado por los investigadores para crear un lenguaje legible por cualquier genetista con las cuatro letras del código genético. Casi 800.000 bytes almacenados en una molécula de ADN fabricado en un laboratorio y más pequeña que una mota de polvo.

Pero el potencial de esta tecnología es muchísimo mayor. Los investigadores estiman que en un espacio menor que una tacita de café podrían almacenarse más de 100 millones de horas de vídeo en alta deficinión. El material genético que nos hace lo que somos a todos los seres vivos podría convertirse pronto en el mayor disco duro del mundo.

“El problema del amacenamiento es cada vez mayor en el campo de la Biología, en el que se generan cada vez más y más datos que necesitamos guardar y hacerlo consume espacio y energía”, explica a ELMUNDO.es Luis Serrano, director del Centro de Regulación Genómica de Barcelona. “Si han encontrado una manera de solventarlo con ADN será una gran noticia”, dice.

Denso, pequeño y ligero

“El ADN es muy denso, pequeño, ligero y no necesita ningún aporte de energía, así que es fácil de transportar y de almacenar“, explicó el martes el autor principal, Nick Goldman, en una teleconferencia con medios de información internacionales.

El trabajo, publicado hoy en la revista ‘Nature’, precisó de la creación deun lenguaje que permitiese codificar información en el ADNevitando los errores que suelen producirse en la síntesis y en la lectura de material genético cuando coincide dos veces seguidas la misma letra del código. Una vez logrado y codificada la información deseada, había que fabricar en un laboratorio la molécula de ADN.

Para ello, los investigadores contaron con el trabajo de la empresa californiana Agilent, una de las más punteras del mundo en técnicas genómicas. “Nos enviaron la información por correo electrónico y con ella sintetizamos cientos de miles de pedazos de ADN. El resultado es como una mota de polvo“, dijo Emily Leproust, de Agilent y coautora de la investigación.

“Nuestro trabajo demuestra que cualquier cosa que queramos almacenar, la podemos almacenar en ADN“, dijo Goldman. “Y la técnica está madura para usarse en archivos que no se consultan muy a menudo, como los de grandes corporaciones o incluso Gobiernos”.

Superconductividad

Propiedades y explicación

 

Resistencia nula

Durante el paso de la corriente eléctrica se producen pérdidas de energía porque los electrones que forman esta corriente sufren colisiones. A este fenómeno se le llama resistencia. La energía cinética de los electrones se pierde en forma de calor lo que se denomina efecto Joule. El efecto Joule es el mecanismo de funcionamiento de las planchas, tostadoras, estufas eléctricas, etc. 

Un superconductor no presenta resistencia al paso de corriente. Por lo tanto, un superconductor puede conducir corriente indefinidamente sin pérdida de energía aunque esté desenchufado. Esta es una propiedad muy sorprendente que no se entendió hasta que se propuso la teoría BCS.

 

Levitación

 

Hay dos tipos de superconductores según se comportan en presencia de un campo magnético:

  • Los superconductores de tipo I expulsan los campos magnéticos. Este fenómeno se denomina efecto Meissner. La expulsión del campo magnético se debe a la formación de corrientes superficiales en el superconductor que crean un campo magnético igual y opuesto al del imán. El efecto Meissner da lugar a repulsión entre un imán y un superconductor de forma que levitan uno sobre el otro. Si el campo magnético es suficientemente fuerte o la temperatura es alta se destruye la superconductividad y la levitación no ocurre.

 

Efecto Meissner: En este vídeo se muestra un imán con sus líneas de campo magnético situado encima de un material superconductor. A una temperatura alta, el superconductor es un conductor normal y permite que el campo magnético lo atraviese. Cuando bajamos la temperatura, el superconductor superconduce y expulsa el campo magnético del imán haciendo que levite.

  • Los superconductores de tipo II también presentan el efecto Meissner con campos magnéticos pequeños pero cuando el campo magnético supera una determinada magnitud permiten que el campo lo penetre parcialmente formando vórtices. Es decir, el superconductor en este caso atrapa parte del campo magnético. Estos vórtices están anclados en el superconductor. Cuando esto ocurre, el imán que está levitando encima del superconductor también está anclado y cuesta mucho separarlos. El fenómeno del anclaje de vórtices permite que podamos construir un tren superconductor que levite sobre una vía magnética sin descarrilar.

Vórtices vistos mediante STM por cortesía de la UAM. Tesis de Isabel Guillamón.

 

Explicación

 

Hicieron falta más de 40 años para comprender la superconductividad hasta que en 1957 Bardeen, Cooper y Schrieffer resolvieron el problema con la teoría de BCS. En esta teoría los electrones se aparean -pares de Cooper- antes de formar un estado colectivo cuántico o condensado. Uno de los grandes logros de la teoría BCS era explicar cómo era posible que los electrones formaran pares -el mecanismo o el pegamento- ya que en estado libre los electrones se repelen.  El pegamento resultó provenir de las vibraciones de los iones.

En el condensado los electrones adquieren la misma fase y actúan como una onda macroscópica. Una analogía para visualizar este estado sería imaginarse parejas (pares de Cooper) bailando al unísono como puedes ver en el siguiente vídeo:

Esta teoría resultó muy satisfactoria para explicar los superconductores conocidos hasta entonces pero no puede explicar los superconductores de alta temperatura crítica tales como los cupratos descubiertos en 1986 o los superconductores de hierro descubiertos en el 2008. Si bien en estos compuestos también el estado superconductor es un condensado de pares de Cooper, aún se desconoce el mecanismo de la superconductividad.

 

Temperatura

 

La temperatura juega un papel crucial en la comprensión de la superconductividad. En física estadística la temperatura es igual a la energía cinética media de las partículas, es decir mide la capacidad de movimiento de las partículas. Al bajar la temperatura las partículas y en particular los iones de un material se mueven cada vez más lentamente y se producen los cambios de fase de gas a líquido y de líquido a sólido.

El primer superconductor que descubrió Karmelingh Onnes estaba a una temperatura de -269ºC, cerca del cero absoluto, y fue posible gracias a que previamente consiguió la licuefacción del helio en 1908. Actualmente el récord en temperatura crítica está en la familia de los cupratos con -135ºC para lo que es suficiente enfriar con nitrógeno líquido cuyo punto de licuefacción es de -196ºC.