La paradoja de los semiconductores de plástico
Por: Lorena Márquez
Oct 11, 2005
Actualmente, los sistemas electrónicos y las tecnologías digitales están presentes en todos los ámbitos de la actividad humana, en la industria, comercio, educación, salud...
Es por ello, que el desarrollo de nuevos componentes está orientado a hacer productos más pequeños, ligeros, baratos y que además cumplan especificaciones cada vez más estrictas. Así, ha surgido la tendencia por sustituir los semiconductores inorgánicos y los metales por materiales orgánicos (polímeros) que presentan ventajas como: menor tamaño, diversidad estructural, relativa facilidad de fabricación y bajo costo.
Se denominan semiconductores a los materiales cuya capacidad de conducir electricidad se encuentra entre los materiales conductores y aquellos que no conducen la electricidad, “aislantes”.
A bajas temperaturas no permiten el paso de la corriente, sin embargo, al incrementar la temperatura su conductividad se incrementa también, aunque sin llegar nunca a los altos valores que tiene un material conductor. Uno de los materiales inorgánicos más utilizados como semiconductor es el silicio.
Hace unos años era inimaginable que llegaría el momento de utilizar los plásticos como conductores. A pesar de esto, a mediados del año 2003, surgió el uso de los plásticos semiconductores en displays de teléfonos celulares, palm, e incluso en computadoras portátiles. Se espera que en un par de años el campo de aplicación de los plásticos semiconductores aumente y vaya desde uso en un método llamado “supertagging” para reemplazar los códigos de barras hasta diplays informativos en gafas de protección solar.
OTRA SERENDIPIA EN LA CIENCIA DE POLÍMEROS
El descubrimiento y desarrollo de los plásticos conductores se debe al químico japonés Hidaki Shirakawa y a los químicos americanos Alan G. Mac-Diarmid y Alan Heeger, a quienes se les otorgó el Premio Nobel de Química en el año 2000.
El descubrimiento, como muchos otros que la historia narra, ocurrió por algunas casualidades; inició en el laboratorio de Shirakawa, quién estudiaba la obtención del Poliacetileno, donde por un afortunado error uno de sus estudiantes confundió las concentraciones de sus reactivos y añadió en un recipiente una cantidad de catalizador mil veces mayor de lo correcto. El resultado fue un plástico con un insólito color plateado.
El siguiente paso se dio en 1976, cuando McDiarmid acudió a Tokyo para impartir una conferencia sobre otro misterioso polímero inorgánico plateado, en el que estaba trabajando con Heeger y tuvo la suerte de encontrarse accidentalmente con Shirakawa.
Posteriormente, decidieron trabajar juntos modificando el polímero de Poliacetileno mediante oxidación con vapores de yodo y al medir la conductividad eléctrica del plástico plateado de Shirakawa comprobaron con estupefacción que conducía la electricidad diez millones de veces más que un plástico normal.
EXPLICACIÓN DEL SUCESO Y MATERIALES SEMICONDUCTORES
La conducción eléctrica se lleva a cabo siempre y cuando existan electrones que puedan moverse libremente, sin estar enlazados a los átomos. Para que una macromolécula adquiera la propiedad de conductora eléctrica es necesario “dopar” al polímero, lo que significa modificarlo quitándole electrones (oxidación) o insertándole electrones (reducción).
Después de este descubrimiento se han analizado otros materiales como Poli-parafenilenos, Polianilinas, Polipirrol, Politiofeno y Poliisotionaftenos, que una vez que son dopados presentan propiedades de conducción eléctrica.
La Polianilina es uno de los polímeros preferidos para muchas aplicaciones, ya que se conocen muy bien sus propiedades; es de fácil fabricación, muy estable en el aire y es el polímero conductor más económico que existe.
Se ha encontrado que estos plásticos tienen propiedades semejantes a las del silicio. Las ventajas de los plásticos semiconductores son: ligereza, flexibilidad y menor costo de producción.
PRODUCCIÓN Y APLICACIONES
En un esfuerzo para demostrar la viabilidad industrial de las investigaciones acerca de los plásticos semiconductores, Alan J. Heeger fundo una empresa, Uniax Corporation, que producía este tipo de polímeros y desarrollaba sus aplicaciones.
Posteriormente, en el año 2000 DuPont adquirió la empresa y desde entonces un grupo de científicos se dedica a desarrollar displays.
Los semiconductores tienen diversas aplicaciones como son: diodos emisores de luz, transistores y otros componentes electrónicos, pantallas, celdas solares, sensores de luz y lasers.
Al utilizar los polímeros en LEDS (diodos emisores de luz) se obtienen las siguientes ventajas: excelente ángulo de visión, buen contraste, bajo voltaje de operación, fabricación simple y ligereza. Los LEDS de base orgánica prometen abaratar los costos de su fabricación.
Estos diodos luminiscentes se emplean como indicadores de determinadas funciones en una gran cantidad de equipos electrónicos: aparatos telefónicos, equipos de audio, computadoras, monitores, impresoras, hornos de microondas, relojes despertadores.
El uso en transistores aumentará considerablemente la velocidad de procesamiento y el tamaño de las computadoras podría reducirse mucho más.
Las pantallas de plásticos semiconductores tienen la ventaja de ser flexibles; por lo que en determinado momento podrían reemplazar a las pantallas de cristales líquidos que se utilizan en computadoras, teléfonos móviles y minitelevisores.
Las celdas solares elaboradas a partir de plásticos tendrán impacto en el problema energético que vivimos convirtiéndose en una alternativa de bajo costo para aprovechar la energía solar; dichas celdas tienen y tendrán aplicaciones en: invernaderos, naves industriales e incluso en casas.
Una de las novedades en el uso de plásticos semiconductores es el papel electrónico “epaper”, el cual es una lámina de plástico flexible que puede desplegar información como un monitor de computadora portátil, está elaborado, a partir de displays con una tecnología llamada “Gyricon”, en el se puede escribir y borrar llegando a ser utilizado hasta 1000 veces; fue creado por la compañía Xerox en el 2003.
Otro uso podría ser señalización o, incluso, como papel decorativo emisor de luz que recubra las paredes de nuestras habitaciones.
El uso de los plásticos semiconductores e incluso su obtención, son temas que seguirán desarrollando los científicos por las ventajas que presentan y por los pasos agigantados que se dan en materia de tecnología.
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