Elástica como el grafeno, dura como el zafiro: así será la pantalla del futuro

Algunos fabricantes han empezado a aplicar MicroLED a sus pantallas de televisión. Samsung México

En la última década, la tecnología de las pantallas ha avanzado a pasos agigantados, transformando nuestros móviles, televisores y dispositivos portátiles. Los consumidores buscan pantallas con más resolución, más brillantes y que ofrezcan una experiencia más realista. Eso sí, que sean también resistentes y duraderas. Es en este contexto que el grafeno, descubierto oficialmente hace veinte años, el 22 de octubre de 2024, ha ido ganando más relevancia, gracias a sus múltiples propiedades.

El grafeno es un material formado por una sola capa de átomos de carbono que se disponen en una estructura reticular hexagonal, similar a un panal de abejas. Se extiende solo en dos dimensiones, por lo que se le denomina material bidimensional o material 2D.

En 2004, se convirtió en el primer material aislado con esta característica, al conseguir separar una sola capa de grafeno del grafito utilizando un método sencillo pero revolucionario: el scotch tape. Consistía en utilizar cinta adhesiva para despegar gradualmente capas de grafeno del grafito, el mismo del que están hechas las minas de nuestros lápices.

Podemos imaginarlo como las hojas de un libro, donde el libro es el grafito. La particularidad revolucionaria es que, al reducir la dimensionalidad del material, es decir, al pasar de un material 3D como el grafito a uno 2D como el grafeno, sus propiedades cambian drásticamente.

Este descubrimiento les valió a los físicos Konstantin Novoselov y Andre Geim el Premio Nobel de Física en 2010.

El material más fuerte del mundo

Tal vez cuando pensamos en un material fuerte, duro y resistente, imaginamos algo muy macizo, como una roca gigante. Sin embargo, los materiales más resistentes pueden ser sorprendentemente livianos. El grafeno se lleva la palma, con una resistencia mecánica unas 200 veces superior a la del acero. También es extremadamente ligero y delgado, ya que tiene el grosor de un solo átomo.

Para hacernos una idea, un metro cuadrado pesa menos de un gramo y es unas 100 000 veces más delgado que nuestro cabello. Además, su gran elasticidad permite que sea muy resistente a las deformaciones. Puede doblarse y curvarse sin romperse.

Supera en conductividad eléctrica al cobre, el conductor más usado para el transporte de la energía eléctrica, y sobresale también en conducción térmica.

Todas estas propiedades incorporadas en una capa tan fina que es prácticamente transparente y absorbe muy poca luz, poco más de un 2 %.

Si, además, consideramos la posibilidad de depositarlo sobre otros tipos de cristales o superficies, resulta fácil entender por qué sus aplicaciones pueden ser tan diversas y prometedoras.

Alternativa a los materiales tradicionales

Flexibilidad, transparencia y conductividad son propiedades cruciales para el desarrollo de pantallas plegables o curvadas, una de las últimas tendencias en electrónica de consumo. Por eso el grafeno ha surgido como una alternativa tremendamente interesante a materiales más tradicionales, como el óxido de indio y estaño (ITO), muy utilizado en las pantallas de móviles, televisores, ordenadores e, incluso, en células solares.

El grafeno puede ofrecer las mismas prestaciones o superiores, sin el inconveniente de estar compuesto por un material raro como el indio. Encima, el ITO no ofrece mucha flexibilidad, limitando la generación de nuevos dispositivos flexibles, sobre todo, los de grandes dimensiones.

¿Pero cómo sintetizamos el grafeno?

Para poder integrar el grafeno en dispositivos electrónicos u optoelectrónicos, es esencial contar con un método de síntesis que permita su crecimiento sobre sustratos adecuados, a la vez que garantice una alta cristalinidad y muy bajos niveles de impurezas.

Si bien en laboratorio se ha fabricado y estudiado el grafeno de manera extensa y casi exhaustiva, su producción de alta calidad a gran escala sigue siendo costosa y técnicamente compleja.

Uno de los problemas principales es la transferencia de la película de grafeno sobre el sustrato deseado, y es aquí donde su desarrollo sobre zafiro cobra relevancia. Primero, porque se puede hacer crecer grafeno de alta calidad directamente sobre zafiro, evitando posibles contaminaciones con los metales usados en el crecimiento y eventuales tensiones mecánicas.

Segundo, porque el zafiro es ya ampliamente utilizado en la tecnología actual, como por ejemplo en los LED (siglas en inglés de diodos emisores de luz) y, más en general, en microelectrónica, así que su implementación en el mercado puede ser más rápida y menos costosa.

De hecho, ya se están desarrollando los primeros prototipos de pantalla con LED de tamaño microscópico (MicroLED) de grafeno. Ello permite obtener una mayor resolución y durabilidad. Además, hará posible la fabricación de dispositivos vestibles (wearables) y transparentes.

Pero, antes de que sea común ver en nuestro hogar un televisor transparente, será necesario encontrar métodos de producción más eficientes y menos caros. The Conversation