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Electrónica orgánica

Iluminación flexible

Desarrollan nuevos tipos de lámparas y células fotovoltaicas orgánicas en un centro de investigación de Minas Gerais

Zé Takanashi - agência Fotosite / csemDesfile del estilista Ronaldo Fraga en la São Paulo Fashion Week de este año: modelos con cintas iluminadasZé Takanashi - agência Fotosite / csem

Lámparas flexibles en forma de cintas, capaces de ser pegadas en las paredes, en el techo e incluso en los frisos. La tecnología y la arquitectura de iluminación avanzan en esa dirección, y las nuevas formas de utilización de esas cintas flexibles, compuestas fundamentalmente por polímeros, encuentran utilidades insólitas, antes incluso de entrar en el circuito comercial. Ése fue el caso del desfile del estilista Ronaldo Fraga, en la São Paulo Fashion Week, que se realizó en junio de este año en la capital paulista. Las modelos desfilaban con cintas electroluminescentes llamadas de Lume y producidas por Csem Brasil, instalado en Minas Gerais, un centro privado de investigación aplicada especializado en el desarrollo y la transferencia de tecnología, fundamentalmente en las áreas de electrónica orgánica y microsistemas. Conectadas con pequeñas baterías sujetas a los cuerpos de las modelos, esas cintas hicieron su aparición por primera vez en público.

El desarrollo y la fabricación de las cintas Lume en Brasil catapultan al país al mismo nivel que Europa, Estados Unidos y China en el área, en un mercado global que ha sido muy poco explotado aún. Las cintas Lume generan luz en toda la superficie y se destinan fundamentalmente a la producción de pantallas de productos electrónicos, tales como relojes, interiores de aviones y automóviles, placas de publicidad y como piezas decorativas. Poseen una vida útil de 10 mil horas y su consumo de energía es bajo.

Para la confección de las cintas Lume, el Csem se valió de la tecnología de electrónica impresa en rollos utilizada para la fabricación de semiconductores orgánicos, aunque estas cintas iluminadas no usen específicamente polímeros orgánicos. Las Lumes se fabrican en una máquina de impresión llamada Roll to Roll, la primera de Sudamérica, que funciona de manera similar a la rotativa de un periódico. Básicamente, la Lume está compuesta por una capa de un material a base de fósforo ubicado entre dos electrodos, uno transparente, llamado ITO, de indium tin oxide, el óxido de indio dopado, con estaño, y el otro de pintura de plata. El campo eléctrico formado por ambos electrodos excita a los electrones de fósforo y, cuando éstos regresan al estado original, emiten luz roja, blanca, azul o verde, dependiendo del color de la pintura utilizada. Como sustrato, la lámpara flexible utiliza el polímero PET, el mismo de los envases de refresco y de agua mineral. La formación de la cinta se produce debido al paso por los rodillos de la máquina y al recibir las distintas capas.

Los polímeros orgánicos son los principales elementos de la fabricación de los organic light-emitting diodes (Oleds), que llevan fundamentalmente carbono en su composición y constituyen la próxima promesa en el campo de la iluminación y las pantallas después de los LEDs, que actualmente están presentes en lámparas especiales y en las pantallas de televisión. La ruta tecnológica de la producción de la Lume es la misma de la producción de los Oleds y abre el camino también para el desarrollo de dispositivos con polímeros orgánicos tales como células fotovoltaicas, por ejemplo, que pueden imprimirse y son flexibles, y se emplean en sistemas de generación de energía solar. El objetivo del Csem no es, en este primer momento, invertir en la producción a gran escala de Oleds ni tampoco de displays. Otros países se encuentran ya bastante cerca de dominar la confección de estos dispositivos. Por eso mismo, el ingeniero Tiago Maranhão Alves, director ejecutivo del centro, afirma que el primer producto orgánico fabricado para el consumo masivo será la célula fotovoltaica de semiconductores orgánicos.

Un reciclador de energía
“Aparte de que estamos en condiciones de conquistar espacios significativos, contamos con los recursos naturales para entrar, competir y ganar el partido”, dice. De acuerdo con lo planificado, las primeras células fotovoltaicas comerciales llegarán a las calles dentro un año. Con ellas será posible fabricar paneles solares livianos y flexibles a más bajo costo, alimentadores de teclados de computadoras, celulares y controles remotos. Estas células también serán capaces de captar la luz de la vivienda, como así también la luz solar, y de producir corriente eléctrica. Así, harán las veces de “reciclador de energía”. Otro mercado en que estarán presentes será el de la generación eléctrica en lugares remotos, donde aún no llega la red de distribución eléctrica.

Fernando Lutterbach / csemLa máquina de impresión y producción de las cintas en rolloFernando Lutterbach / csem

Para Maranhão, nadie hace una nueva cadena de valor por su cuenta. “Eso solamente es posible con mucha investigación asociada”. El Csem, para desarrollar sus proyectos, ha contado con el aporte económico de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de Minas Gerais (Fapemig) y del Banco Nacional de Desarrollo Económico y Social (BNDES). En Minas Gerais, un acuerdo entre la Secretaría de Estado de Ciencia y Tecnología, la Fapemig y la iniciativa privada está estimulando el desarrollo de esa tecnología. “Lo importante en este proyecto es que el gobierno se erige en inductor de una asociación entre la universidad y la empresa para el desarrollo de tecnología de punta tendiente a generar riqueza, puestos de trabajo y desarrollo para el país”, explica Mario Neto Borges, presidente de la Fapemig. La fundación lleva invertidos 7 millones de reales en el instituto. En tanto, el BNDES aportó otros 15 millones de reales.

Intercambio conjugado
El Memorándum de Entendimiento en Cooperación Académica, Investigación y Desarrollo firmado entre las instituciones permite el intercambio de investigadores, magísteres, doctores y posdoctores de las universidades y empresas de Minas Gerais con el Centro de Electrónica Plástica del Imperial College, uno de los más importantes centros de electrónica orgánica a nivel mundial. El director del centro inglés, el físico Donal Bradley, es uno de los inventores de la electroluminescencia de polímeros conjugados. Diez investigadores brasileños ya han trabajado con él en el marco del convenio. A su regreso, algunos fueron a trabajar al Csem. Debido al acuerdo, las patentes registradas mediante el convenio le pertenecerán a los asociados, la Fapemig inclusive.

075-077_Lampadasnafita_199Los primeros pasos hacia el surgimiento y el desarrollo de la electrónica orgánica e impresa se dieron por casualidad, en 1976. Ese año, Hideki Shirakawa, un investigador japonés del Instituto de Tecnología de Tokio, intentaba sintetizar un tipo de plástico, o poliacetileno, un polímero sencillo formado tan sólo por átomos de carbono e hidrógeno. En forma errónea, al agregarle al compuesto una cantidad mayor de un catalizador, Hideki produjo un filme brillante como una hoja de aluminio. Poco después se asoció a dos científicos estadounidenses, el químico Alan MacDiarmid y el físico Alan Heeger, de la Universidad de Pensilvania. Trabajando sobre el filme brillante del investigador japonés, éstos se percataron de que, al dopar al carbono con iodo, éste se convertía en una hoja metálica dorada, con conductividad eléctrica. Así descubrieron el primer semiconductor orgánico, formado por un polímero. Este descubrimiento le significó el Nobel de Química a los tres científicos, en 2000. Casi 40 años después, se han estudiado muchas aplicaciones prácticas para esos semiconductores. La carrera actual entre científicos, instituciones privadas y gubernamentales apunta a cómo fabricar estos productos que se basan en la electrónica orgánica e impresa con eficiencia, a bajo costo y en gran escala.

La carrera por sacar el Oled al mercado mueve a las grandes fábricas de materiales de iluminación, como en el caso de la alemana Osram, que está invirtiendo en los Oleds elaborados a partir de semiconductores orgánicos. La principal ventaja de estos materiales radica en que no están formados por una unión de puntos emisores individuales, sino por una superficie flexible que genera iluminación de manera uniforme, y así puede moldearse más fácilmente a diferentes formas y ambientes. La empresa cuenta instalaciones en la ciudad de Regensburg, Alemania, que están preparadas para erigirse en la primera línea piloto de producción a gran escala de Oleds a nivel mundial. Los primeros productos de uso comercial para iluminación de oficinas y para el mercado minorista ya se han testeado en las ciudades alemanas de Múnich y Berlín, y pronto estarán también en Brasil. Según Joyce Calil, gerente de ventas de Osram en el país, se espera que “las primeras aplicaciones en el mercado apunten a la luz funcional a partir de 2015”.

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