El indio, principal elemento presente en las pantallas de nuestros smartphones, está a punto de agotarse. Los candidatos a sucederlo son numerosos, pero ninguno satisface plenamente
(Tomado de Courrier International. Traducción de Félix Ramos Gamiño)
James Mitchell Crow
Un mundo nuevo se abre ante nosotros. Lo controlamos con la punta del dedo. Gracias a las nuevas pantallas táctiles de los más modernos aparatos “inteligentes”, nunca antes había sido tan fácil navegar en la web. Tocar es rápido, es divertido, es el porvenir. Desgraciadamente, estas tecnologías podrían estar condenadas en el corto plazo. En efecto, las pantallas táctiles de nuestros aparatos móviles, lo mismo que todas las pantallas de cristales líquidos, utilizan las propiedades particulares de un material único, una aleación de metales cuyas fuentes podrían verse agotadas en un lapso de diez años. Y nuestras pantallas no son las únicas amenazadas. También las células fotovoltaicas y los LED de bajo consumo –dos pilares de la lucha contra las emisiones de carbono- podrían sufrir esta penuria.
Si usted no sabe nada de todo esto, muy probablemente no conoce tampoco el nombre de este material. Se trata de una mezcla de dos óxidos metálicos llamado óxido de indio-estaño (ITO). Está constituido esencialmente de indio, una rara tierra, un metal de propiedades preciosas, subproducto de la industria minera del plomo y del zinc. Es un producto caro, difícil de conseguir. Y, una vez en la fábrica, la aleación se convierte en un material extremadamente difícil de trabajar, inestable, y que no perdona el mínimo error de fabricación.
Sin embargo, sus cualidades nos hacen olvidar sus defectos. Efectivamente, el ITO es uno de los escasos materiales que es, al mismo tiempo, conductor de electricidad y transparente, propiedad ideal para las pantallas táctiles, dado que nuestro nuevo aparato de bolsillo aprovecha la conductividad de los dedos para eliminar cualquier necesidad de estilete. Al tocar la pantalla, uno cambia la capacidad eléctrica de la zona que está bajo el dedo –un cambio que una simple capa de ITO es capaz de detectar.
¿Durante cuánto tiempo más podremos contar con este pequeño milagro?
ESTIMACIONES DE LA USGS
El Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), calcula en 16 mil toneladas las reservas mundiales de indio –la mayor parte de las cuales se encuentran en China. Al ritmo en que las consumimos, estas reservas podrían estar agotadas para el año 2020. Ciertamente, de aquí a entonces podrán descubrirse nuevas fuentes de indio, pero es poco probable que puedan hacer frente a la explosión de la demanda.
A menos que se presente una nueva revolución tecnológica, lo primero que se puede hacer es buscar entre los materiales que poseen una estructura química cercana a la del indio. Entre los candidatos figura el óxido de zinc, disponible en gran cantidad y mucho menos caro que el ITO. Sin embargo, no es ni tan buen conductor ni tan transparente ni tan resistente. Se trata de un serio problema, sobre todo cuando es bien sabido que la sensibilidad de la pantalla depende de la conductividad del material utilizado.
SUSTITUTOS DEMASIADO FRÁGILES
Tal vez la solución no consista en reemplazar el indio, sino en hacerlo más eficiente. Tobin Marks y su equipo de la Northwestern University of Evanston, en Illinois, han puesto a punto un material a base de óxido de cadmio, recubierto de un delgado velo de indio. Es tan transparente como el ITO, y tiene una conductividad tres o cuatro veces más elevada. Sensible a la corrosión, este material debe ser recubierto de una delgada capa de ITO; pero, a final de cuentas, el indio no representa más que el 20 por ciento de su composición, contra el 90 por ciento en el ITO.
Esto parece ser una buena solución temporal; pero, desgraciadamente, las cosas no son tan sencillas. Por principio de cuentas, el cadmio es un material altamente tóxico, y necesita de grandes cuidados, tanto al momento de su utilización, como después. Asimismo, el óxido de cadmio se agrieta fácilmente, lo que resulta particularmente incómodo en el caso de una pantalla concebida para ser manipulada con regularidad.
¿USO DE POLÍMEROS?
¿Se podría recurrir al uso de polímeros conductores? Estas largas cadenas orgánicas se comportan como hilos de moléculas y son mucho más ágiles que el ITO. ¡Sin embargo, por lo menos hasta el presente, son tan fáciles de manejar como el polvo de ladrillo! En febrero de 2010, Yueh Lin Loo y su equipo de la Universidad de Princeton descubrieron un aditivo capaz no solamente de disolver los polímeros, sino también de modificar las interacciones de las cadenas de polímeros, permitiéndoles “dilatarse”. Esto permitiría eliminar las torsiones de las cadenas, que bloquean la corriente eléctrica.
Empero, esta solución está lejos de ser perfecta. Si bien los polímeros no son tan frágiles como los óxidos metálicos, sí presentan otras debilidades. Son sensibles a los rayos ultravioleta y al oxígeno del aire, lo que se opone a su utilización en aparatos manipulados con frecuencia.
NANOMATERIALES
Entonces, ¿existe un material que satisfaga todos los criterios? “Sí”, afirma Mark Hersam, de la Northwestern University: “los nanomateriales a base de carbono”. El carbono es un camaleón químico. En ciertos casos, es el material más opaco que conocemos; pero, reducido al estado de estructura nanométrica, se vuelve transparente.
En junio de 2010, un equipo de investigadores dirigidos por Jong-Hyun Ahn y Byunh-Hee Hong, de la universidad Sungkyunkwan, de Suwon, en Corea del Sur, elaboraron una película compuesta por cuatro capas de grafeno, adosadas a un soporte plástico. El grafeno, sorprendente material que significó el Premio Nobel de Física 2010 a sus descubridores (Andre Geim y Konstantin Novoselov), está compuesto por hojas de grafito del espesor de un átomo. La asociación grafeno-plástico permite el paso del 90 por ciento de la luz visible, y presenta una conductividad casi tan elevada como la del ITO de la mejor calidad.
EL RETO: CONDUCIR LA ELETRICIDAD
Los nanotubos de carbono parecen igualmente prometedores. Para esquematizar, están formados por hojas de grafeno plegadas sobre sí mismas; pero son sólidas, transparentes y cada vez más extendidas en el mercado. Podrían igualmente ser utilizadas para la fabricación de pantallas ligeras, explica Mark Hersam. “Se pueden doblar y desdoblar casi sin pérdida de calidad”, afirma. Toda la dificultad de este material radica, sin embargo, en hacer de él una superficie conductora de electricidad.
Jonathan Coleman, del Trinity College, de Dublín, en Irlanda, trabaja en materiales conductores transparentes, en colaboración con el gigante de la electrónica Hewlett-Packard (HP). Después de haber tratado de sacarle la vuelta al problema de la resistencia entre los nanotubos, decidió cambiar de estrategia. “Nos hemos dicho que, si tuviéramos nanohilos metálicos en lugar de nanotubos, podría crearse un contacto en el lugar en que uno los toca, lo que permitiría el paso de la electricidad”, explica.
Trabajando con nanohilos de plata, los investigadores han descubierto que podían obtener un material con 85 por ciento de transparencia y con una conductividad casi tan alta como la de ITO. “Desde el punto de vista óptico y eléctrico, la plata es casi igual que el ITO de alta calidad; pero, además, es totalmente flexible”, explica Coleman.
Sin embargo, esta solución tiene un precio: la producción de nanohilos de plata es diez veces más cara que el ITO, ya de por sí costoso. Empero, no todo está perdido. A medida que la producción aumente, los precios (de estos nanohilos) tendrán que ir a la baja, en tanto que los del ITO no pueden sino aumentar. Los precios de estos materiales terminarán, pues, por nivelarse. “No es más que cuestión de tiempo”, explica Coleman. “Los nanohilos de plata se han convertido ya en el material de referencia en HP”.
