Los diodos emisores de luz orgánicos (OLED) son la base de muchas pantallas planas, teléfonos inteligentes y relojes inteligentes de alta calidad en la actualidad. Ahora los investigadores han desarrollado un nuevo material con el que se pueden producir OLED de este tipo de forma más económica mediante la impresión 3D. A diferencia de los OLED anteriores, la “tinta supramolecular” no se basa en metales raros, sino en elementos más comunes, como informan los químicos en “Science”. La tinta también es estable, flexible y extremadamente eficiente desde el punto de vista energético. Luego, el material se puede utilizar para imprimir dispositivos que son más baratos y consumen menos energía que antes.
Los últimos smartphones y televisores de pantalla plana están cada vez más equipados con una pantalla OLED. Estas pantallas son más livianas y delgadas, consumen menos energía y ofrecen mejor calidad de imagen que las pantallas planas basadas en otras tecnologías. Esto es posible gracias a los OLED (diodos emisores de luz orgánicos) que contienen: pequeñas moléculas orgánicas que emiten luz cuando se excitan. Esto significa que no se necesita ninguna capa adicional de material de retroiluminación en las pantallas, como es el caso de las pantallas de cristal líquido (LCD). Sin embargo, la gran desventaja de los OLED es que suelen contener metales raros y, por tanto, caros, como el iridio, y que su producción requiere mucha energía. Esto hace que su uso sea insostenible y costoso.
Una posible alternativa son las llamadas perovskitas de haluros iónicos, formadas por grupos moleculares en forma de octaedro. La industria de las pantallas lleva décadas trabajando en el desarrollo de materiales OLED que contengan metales y minerales para finas capas de luz. Sin embargo, hasta ahora contienen el elemento plomo, que es perjudicial para el medio ambiente y la salud. Además, estos materiales aún no son lo suficientemente duraderos porque se agrupan con el tiempo y no pueden mostrar bien colores de longitud de onda corta como el verde y el azul.
¿De qué está hecha la nueva tinta OLED?
Un equipo de investigación dirigido por Cheng Zhu de la Universidad de California (UC) Berkeley ha desarrollado un nuevo material OLED sin plomo de la clase de halogenuros de perovskita. Los materiales base en polvo contienen hafnio (Hf) o circonio (Zr). Ambos metales son muy estables y son más comunes en la Tierra, aunque no en grandes cantidades. Incluso a temperatura ambiente el polvo ((18C6@K)2HfBr6 o (18C6@K)2ZrCl4Br2) se puede disolver en un disolvente orgánico, informan Zhu y sus colegas. Los pequeños bloques de construcción moleculares dentro de la tinta se organizan en estructuras supramoleculares estables en forma de octaedro que capturan la luz.
Gracias a esta estructura, la “tinta” líquida resultante funciona como un diodo semiconductor. Cuando la “tinta supramolecular” se excita con luz ultravioleta, también emite luz verde y azul con alta eficiencia, según mostraron las imágenes espectroscópicas. Los investigadores hablan de “una eficiencia cuántica cercana a uno”. Esto significa que la tinta tiene la “extraordinaria capacidad de convertir casi toda la luz absorbida en luz visible durante el proceso de emisión”, explica Zhu. Al mismo tiempo, la tinta es lo suficientemente flexible como para ser utilizada en una impresora 3D, como lo demuestran las pequeñas obras de arte impresas realizadas con el material luminoso.
Gracias a estas propiedades, el material puede utilizarse como una nueva clase OLED más económica para dispositivos de alta calidad que utilizan menos energía que los dispositivos anteriores tanto en producción como en uso, concluyen los investigadores. «Al reemplazar los metales preciosos con materiales más comunes en la Tierra, nuestra tecnología de tinta supramolecular podría transformar la industria de las pantallas OLED», dice el autor principal Peidong Yang de UC Berkeley.
El prototipo demuestra las áreas de aplicación.
Para demostrar el uso de la nueva tinta en las pantallas OLED, los científicos crearon un prototipo que contenía una fina capa del nuevo material. En las pruebas iniciales, el dispositivo logró las propiedades deseadas en términos de colores, contraste y brillo de la pantalla, informan Zhu y sus colegas. Concluyen que su nueva tinta se puede utilizar en una amplia variedad de dispositivos electrónicos: desde televisores de pantalla plana y teléfonos inteligentes hasta dispositivos portátiles como relojes inteligentes o rastreadores de actividad física y ropa de alta tecnología que brilla en la oscuridad. «La tecnología también podría utilizarse en películas orgánicas imprimibles para fabricar dispositivos portátiles, así como obras de arte y esculturas de luz», añade Yang.
Con más pruebas, él y su equipo quieren comprobar si el nuevo material OLED también se ilumina después de ser estimulado con electricidad y en qué medida. «Este paso es importante para comprender todo el potencial de nuestro material para producir dispositivos emisores de luz eficientes», afirma Zhu.
Fuente: Cheng Zhu (Universidad de California Berkeley) et al., Science, doi: 10.1126/science.adi4196
