Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Pantallas visuales táctiles, flexibles y enrollables

Pantallas visuales táctiles, flexibles y enrollables
Ilustración :: ÁLEX

Samsung ya ha anunciado su comercialización para dentro de dos años. Otras muchas empresas luchan contra reloj para conseguirlo. Y, con la aceleración y miniaturización del mundo de la electrónica no es ciencia ficción pensar que  dentro de poco tiempo dispondremos de microchips miles de veces superiores a los actuales, de teléfonos móviles con potencias mil veces mayores que las de nuestros ordenadores de hoy, de grandes televisiones que podremos enrollar y transportar como un paquete del tamaño de una cajetilla de tabaco, etc., etc.  Y, todo ello, gracias al grafeno, un producto totalmente desconocido hace siete años cuyo descubrimiento fue premiado con el último Nobel de Física.

HISTORIA
Reciben el nombre genérico de nanomateriales las partículas de dimensiones iguales o inferiores a una millonésima de milímetro. Aunque pueden ser obtenidos a partir de diferentes elementos o compuestos químicos, tres de ellos son los que están iniciando una nueva revolución, la nanotecnológica, aplicable a toda suerte  de productos informáticos, electrónicos, industriales, etc. Se corresponden a tres descubrimientos cruciales de los últimos 25 años. Comenzaron en 1985, con la estructura C60, origen de los fullerenos; en el año 1994 se predijo la posibilidad del nanotubo de nitruro de boro, aislado en el año 2005. Y en el año 2004 se aislaron las primeras hojas de grafeno. Comentaremos este último logro. El grafeno es simplemente una lámina bidimensional formada por una sola capa de átomos de carbono unidos unos con otros, de modo parecido al de un enrejado metálico de huecos hexagonales.

El carbono es un elemento muy común y forma parte de casi todas las biomoléculas (excepto el agua) y da lugar a diversos resultados según sea como se unan sus átomos. Aparte de otras formas más usuales, en láminas bidimensionales apiladas unas sobre otras, con uniones débiles entre ellas, da lugar al grafito, como el que constituye las minas de los lápices. Pero si está densamente empaquetado tridimensionalmente puede convertirse en un apreciado diamante.

En el año 2004, el físico de origen ruso, nacionalizado holandés, Andre Geim, de la Universidad de Manchester, dirigía una línea de investigación sobre el grafito y se incorporó a la misma un nuevo estudiante ruso de doctorado, Konstantin Kostya Novoselov. En el laboratorio, para eliminar de las muestras de grafito investigadas su parte externa deteriorada se acudía al ingenioso y barato sistema de pegarles un trozo de tira adhesiva transparente y tirar de modo que la cinta extrajera esas zonas supuestamente dañadas, tras lo cual las tiras adhesivas se tiraban. Pero la idea genial de Geim fue la de encargarle a Novoselov que estudiase el material que quedaba pegado a la cinta adhesiva. Y… ¡se acertó el gran bingo! 

PROPIEDADES
Efectivamente, entre los cientos de laminillas pegadas a la cinta, unas pocas eran monocapas cristalinas de grafito, es decir, grafeno, con unas nuevas y extrañas  propiedades ya que sus electrones no se comportaban “clásicamente” sino de un modo muy especial. Los resultados los presentaron inmediatamente en EE UU en la reunión anual más importante que tienen los físicos de la materia condensada, el March Meeting de la American Physic Society.

Desde ese año, en los sucesivos March Meeting el grafeno ha sido siempre un destacado protagonista y su interés científico queda avalado por el hecho de que el pasado año 2010 se hayan publicado más de 10.000 artículos referentes al grafeno en revistas científicas internacionales. Las láminas de grafeno de sólo un átomo de grosor, poseen una fuerza, flexibilidad, transparencia y conductividad eléctrica espectaculares. En esa configuración plana el carbono tiene propiedades extraordinarias, características del mundo de la física cuántica. El nuevo material, extremadamente delgado y resistente como conductor de la electricidad se comporta como el cobre, siendo unas 100 veces más rápido que el silicio. Y como conductor del calor, supera a cualquier otro material conocido. Es casi completamente transparente, pero tan denso que ni siquiera el gas helio, el átomo de gas más pequeño existente, puede atravesarlo.

Las publicaciones especializadas presentan a esta estructura de carbono como la panacea del futuro electrónico. Una pantalla de grafeno es conductora por sí misma, por lo que no necesita de un entramado de circuitos por debajo. Al ser flexible, no solo puede enrollarse, sino que también podría recubrir superficies que no fuesen planas. Y es un material barato, que no contamina y es superresistente.

Ello ha hecho soñar con una infinidad de posibles aplicaciones. Aparte de las de microelectrónica y pantallas, otras propuestas incluyen paneles solares o supercapacitores (baterías que se recargan al instante). Incluso algunos biotecnólogos han pensado en usarlo para encapsular virus. Son tan solo algunos ejemplos, aunque algunas aplicaciones soñadas posiblemente no sean muy factibles. Por ejemplo, algunos expertos piensan que difícilmente puede soportar el grafeno corrientes tan altas como las que serían necesarias para algunas de sus imaginadas aplicaciones electrónicas.

En todo caso el Comité Nobel en su propuesta de concesión del Nobel de Física del año 2010 a Geim y Novoselov ha destacado las enormes posibilidades de aplicaciones abiertas con sus resultados.

ESPERANZAS
En esta misma sección, en el pasado, han quedado destacados algunos de los pasos más importantes conseguidos con el grafeno. Así, en el año 2008 recogíamos que unos investigadores de la Universidad de Cornell habían creado con grafeno una membrana en forma de globo que era lo bastante resistente para contener gases con varias atmósferas de presión sin reventar. Y, el pasado año, que el grupo de Manchester del prof. Novoselov, había sido capaz de desarrollar el material más delgado del mundo, el fluorografeno, con el espesor de una molécula, combinado las ventajas simultáneas del teflón y del grafeno, siendo tan fuerte como éste, por lo que se podría usar como la alternativa “delgada” del teflón en LEDs y otras aplicaciones electrónicas (transistores ultrarrápidos, sensores, etc.)
Y, ahora, se acaba de anunciar que científicos surcoreanos de la Universidad Sungkyunkwan de Seúl han construido la primera pantalla táctil de 30 pulgadas basada en grafeno, que se puede doblar y enrollar hasta ocupar un espacio mínimo. E IBM, el gran gigante de la informática, también ha presentado sus primeros chips de grafeno, 10 veces más veloces que los de silicio. Los fabricantes de baterías para móviles también mejorarán sus productos gracias al grafeno, con el que, asimismo, se ha construido la radio más pequeña del mundo. Más aún, ello ha servido de acicate para la mejora de otras fórmulas, no solo las relacionadas con el grafeno: tecnologías OLED, basadas en una capa que emite luz y formada por componentes orgánicos (polímeros), papel electrónico con óxidos de metal o variantes del silicio clásico, como silicio cristalino, etc. 

Posiblemente el grafeno aun tardará tiempo en sustituir, si es que lo logra, al silicio, pero su mera existencia abre un nuevo mundo de esperanzas en la electrónica.