18 junio 2012

Plásticos innovadores a partir de materiales orgánicos


Sorprendentes materiales orgánicos están facilitando el desarrollo de dispositivos innovadores, de bajo coste y compactos. Fascinantes proyectos están lanzando al mercado nuevos materiales a partir del desarrollo de técnicas impensables hasta ahora. No obstante, en el futuro quedan aún muchos desafíos por superar.


Hasta ahora se creía que los dispositivos orgánicos eran menos eficientes y estables que sus equivalentes inorgánicos. Pero en los últimos años los dispositivos fotónicos han hecho grandes avances y pueden ya incluso superar a los dispositivos convencionales. Las nuevas aproximaciones incluyen estructuras híbridas, técnicas para doblar la frecuencia, bombeo eléctrico indirecto y la incorporación de materiales extraños y exóticos.

Quizás uno de los materiales más extraños es el uso del ADN de pescados para fabricar LEDs. Si, lo hemos escrito bien, la Universidad de Cincinnati ha desarrollado LEDs bio-orgánicos a partir del ADN del salmón para mejorar los dispositivos OLED convencionales. En las estructuras OLED, se introduce una capa de bloqueo-hueco para realzar la interacción del hueco-electrón en la capa de emisión. La estructura Steckl´s BIOLED usa un film delgado del ADN del salmón como capa del bloqueo del electrón al otro lado de la capa de emisión.

Esto, junto con la capa de bloqueo del hueco, realza más la recombinación radiactiva y resulta una eficiencia más alta. Además de ser una capa de bloqueo de electrones excelentes, la estructura electrónica de capas de ADN permite transporte de huecos sin impedimento en la capa emisora.

El DNA utilizado no es un ADN sintético, sino un subproducto natural de la pesca del salmón. Es un material abundante y muy barato con muchas propiedades eléctricas  y fotónicas.

El ADN se extrae primero del esperma de los residuos de salmón y se congela seco. En esta etapa, las hebras de ADN tienen un peso molecular muy grande. Para incrementar la conductividad, estas largas cadenas se descomponen disolviendo el ADN en agua. El material de ADN soluble en agua es luego tratado con una surfactante para hacer lo soluble en solventes orgánicos y por lo tanto conveniente para recubrimiento por rotación o spin-coating.

Después de reducir el peso molecular, el peso molecular es todavía relativamente grande y el ADN se comporta de forma similar a otros materiales orgánicos que pueden ser incorporados en OLEDs. El comportamiento de estos materiales es sorprendente, y los BIOLEDs son más brillantes y tienen más eficiencia que los OLEDs sin la capa de ADN.

La apariencia de los BIOLEDs es multicolor, y ello es resultado de diferentes fluoróforos incorporados al ADN – una técnica de etiquetado establecida en bioquímica.

También están disponibles disposiciones de BIOLEDs multicolores, que son el resultado de diferentes fluorophores incorporados en el ADN – una técnica de etiquetado establecida en bioquímica. El objetivo a largo plazo es fabricar OLED completos a partir de biopolímeros naturales, en otras palabras usando solamente materiales renovables y biodegradables.

Investigadores del IBM Research en Zurich, trabajan usando materiales convencionales (silicio), combinado con un polímero y una cavidad Fabry-Perot planar integrada para hacer láser híbrido ultra-compacto que emite en el rango de la longitud de onda visible. Los espejos altamente reflexivos son dos enrejados de silicio con sub-longitud de onda y ganancia óptica alcanzada ópticamente bombeando un polímero conjugado, que cubre estas estructuras.

Esta aproximación lleva a la fotónica orgánica más cerca del nivel de chip. Esto quiere decir que podemos disminuir el tamaño del resonador  haciendo el área del dispositivo total de un orden de magnitud más pequeña que para láseres usando espejos de banda prohibida fotónica.

El elemento clave son los high-contrast grating (HCG) mirrors hechos de material dieléctrico que depende de la interacción entre difracción y una ingeniería de fase/intensidad de la onda transmitida. Las rejillas son simplemente una línea de varillas de silicio que forman una rejilla de fase de sublongitud de onda en la que solamente se permite un orden de difracción cero y la onda transmitida se cancela. Una onda plana radia en la rejilla y la luz es transmitida en parte a través de las varillas. Debido al índice refractivo más alto de las varillas de silicio, la luz que se desplaza a su través adquiere un cambio de fase de 180 º en el extremo de las barras comparado con la luz que se desplaza a través de los vacios. Esto lleva a una interferencia destructiva de la luz transmitida tal que la mayor parte de la luz se refleja hacia atrás.

Hay un alto contraste entre el índice refractivo del polímero y el índice refractivo del silicio, así que se crea una estructura de banda ancha.

Esto también significa que la emisión puede ser modulada muy rápidamente. Esto es ideal para aplicaciones tales como comunicación de datos ópticos.

Bibliografía

  • Fantastic plastic. Electro optics. Issue 221 March 2012


Palabras clave:

Electron blocking layer
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