Electrónica orgánica: La nueva revolución tecnológica

Algún día, la electrónica de moda no estará en el bolsillo como un teléfono o incluso envuelto alrededor de su muñeca como un SmartWatch, sino pegada a la piel como un yeso transparente. Investigadores de la Universidad de Tokio desarrollan la “piel optoelectrónica (el nexo de unión entre los sistemas ópticos y los sistemas electrónicos)” con un pantalla ultra delgada y flexible que se puede llevar en el dorso de la mano.

Lo que hace esto posible es el campo de la “electrónica orgánica”, que también se puede utilizar para crear una gama de tecnologías de celdas solares impresas de las pantallas del ordenador, que podrás enrollar y guardar en tu bolsillo. El nombre proviene de usar los semiconductores “orgánicos”, que se hacen con materiales con base de carbono, en lugar de silicio como en la electrónica convencional. Y mientras que las pieles optoelectrónicas están aún en desarrollo – la electrónica orgánica ya está cambiando la tecnología que compramos.

Los semiconductores orgánicos normalmente vienen en dos formas: como una molécula pequeña que consta de unas pocas decenas o cientos de átomos, o largas cadenas de miles de moléculas repetidas (como un plástico). Esto último es particularmente interesante, ya que usualmente no pensamos en plásticos como conductores de electricidad. Sin embargo, durante la década de 1970, las y los investigadores se dieron cuenta de que podían hacer algunos plásticos actuaran como conductores y algunos como semiconductores (que conducen la electricidad sólo bajo ciertas condiciones).

Durante muchos años el rendimiento eléctrico de los semiconductores plásticos y moléculas pequeñas se ha quedado atrás de los semiconductores que usamos en muchos de nuestros chips de computadoras modernas inorgánicas (no basado en carbono). Sin embargo, gracias a la continua investigación y desarrollo ya existen semiconductores orgánicos con un buen rendimiento suficiente de que están empezando a comercializarse en aplicaciones nuevas y emocionantes.

La química de los semiconductores orgánicos puede ser modificada de diversas formas; imposible para los materiales como el silicio. Los semiconductores orgánicos pueden ser solubles y pueden convertirse en una tinta. Esto significa que es posible imprimir los circuitos electrónicos, con el potencial para tener componentes tan rápido como la impresión de periódicos. Y como se basa en materiales plásticos, estos circuitos pueden también hacerse de manera flexible, así ya no tienen que estar en el interior de cajas rígidas.

Luces flexibles

Diodos emisores de luz orgánicos (OLED) son la gran historia de éxito de la electrónica orgánica hasta ahora, y que ya se utilizan como parte de las pantallas OLED en algunos televisores de alta gama y teléfonos inteligentes. Ahora están siendo considerados como una nueva forma de iluminar los hogares. Los OLEDs son un sándwich de uno o más semiconductores orgánicos entre las capas que permiten diferentes cargas eléctricas dentro del semiconductor. Puesto que las cargas se encuentran en el medio del sandwich, se combinan para emitir luz.

A diferencia de los diodos emisores de luz inorgánicos, una luz OLED puede hacerse sobre láminas de plástico de gran tamaño. Esto significa que se pueden utilizar OLEDs como superficies de emisión de luz flexibles para crear nuevas formas de iluminar un cuarto, que no dependan de fuentes puntuales como las bombillas.

Las pantallas flexibles

Otra aplicación de los OLEDs están en las pantallas. Son particularmente populares entre los fabricantes de televisores, ya que generan luz directamente y por lo tanto no necesitan la luz de fondo y los filtros de color blanco que se encuentran en otras tecnologías, es decir, pueden ser más delgadas. También abren la posibilidad de hacer pantallas flexibles y los fabricantes de electrónica esperan lanzar productos que se pueden doblar en los próximos años, aunque esto no está exento de problemas.

Las pantallas flexibles se basan en interruptores conocidos como transistores. Estos transistores orgánicos de efecto de campo (OFETs) también se hacen de los semiconductores orgánicos. Detrás de cada píxel OLED en la pantalla hay un OFET, listo para encender y apagar cuando se requiera. OFETs trabajan por tres conexiones eléctricas: la puerta, la fuente y el drenaje. El voltaje aplicado a la puerta hace que el semiconductor sea más o menos conductor. Esto permite o impide que la corriente eléctrica fluya entre la fuente y el drenaje.

Celdas solares impresas

Así como la electrónica orgánica se puede utilizar para generar luz, también pueden convertir la luz en energía eléctrica cuando se usa en paneles solares. Los fotovoltaicos orgánicos (OPV) tienen una estructura muy similar a los OLED y pueden hacer el mismo trabajo que los paneles solares basados en silicio que se usan en todo el mundo. La diferencia clave es que se pueden hacer rápidamente en hojas delgadas de plástico, utilizando procesos de impresión establecidos. Además de reducir los costos de fabricación, se pueden pegar a prácticamente cualquier superficie u objeto con una fuente de poder.

A pesar de que la fotovoltaica orgánica no es actualmente tan eficiente en la generación de electricidad como los paneles solares convencionales, su rendimiento ha ido aumentando de forma constante durante la última década. Hay importantes esfuerzos en investigación y algunas empresas ya desarrollan y venden los paneles.

Si bien estos avances ya están sucediendo, hay una gama mucho más amplia de usos potenciales de la electrónica orgánica, como los yesos electrónicos de la Universidad de Tokio para el monitoreo de la salud en aparatos biodegradables y en México se acaba de poner en marcha el Laboratorio Nacional de Soluciones Biomiméticas para Diagnóstico y Terapia alrededor de Micro y Nanotecnología para Biología y Medicina (LaNSBioDyT) en el cual se está trabajando en la elaboración de un microchip integrado para la medición de glucosa e insulina en tiempo real. Sin duda, estos materiales prometen un emocionante futuro de las nuevas tecnologías.

Con información de Phys.org | Traducción y notas del Proyecto ALTERIUS