Un equipo de investigadores, dirigido por la Universidad de Minnesota, ha descubierto un Nuevo material de capa fino de nano escala con la conductividad más alta en su clase. El nuevo material podría llevar a una electrónica más pequeña, más rápida y más potente, así como a células solares más eficientes.
Un equipo de investigadores, dirigido por la Universidad de Minnesota, ha descubierto un Nuevo material fino de capa nano escala con la más alta conductividad en su clase. Crédito: Universidad de Minnesota.
El descubrimiento se publicó ayer en Nature Communications, una revista de acceso abierto que publica investigaciones de alta calidad en todas las áreas de las ciencias naturales.
Los investigadores dicen que lo que hace que este nuevo material sea tan único es que tiene una alta conductividad, que ayuda a la electrónica a conducir más electricidad y a ser más potente. Pero el material también tiene un ancho de banda amplio, que significa que la luz puede pasar fácilmente a través del material que lo hace ópticamente transparente. En la mayoría de los casos, los materiales con el ancho de banda amplio, tienen generalmente conductividad baja o la transparencia pobre.
"La alta conductividad y el ancho de banda amplio hacen de este un material ideal para hacer películas conductoras ópticamente transparentes que se podrían utilizar en una gran variedad de dispositivos electrónicos," incluyendo la electrónica de alta potencia, las exhibiciones electrónicas, las pantallas táctiles e incluso las células solares en las cuales la luz necesita pasar a través del dispositivo, "dijo Bharat Jalan, profesor de ingeniería química y de ciencia de los materiales de la Universidad de Minnesota y el investigador principal en el estudio.
Actualmente, la mayoría de los conductores transparentes de nuestra electrónica utilizan un elemento químico llamado indio. El precio del indio ha subido tremendamente en los últimos años añadiendo significativamente al costo de la tecnología de visualización actual. Como resultado, ha habido un esfuerzo tremendo por encontrar materiales alternativos que funcionen también, o incluso mejor, que los conductores transparentes basados en el indio.
En este estudio, los investigadores encontraron una solución. Desarrollaron una nueva película delgada conductora transparente usando un método nuevo de síntesis, en el cual crearon una película delgada BaSnO3 (una combinación de bario, estaño y de oxígeno, llamada estanato de bario), pero sustituyeron fuente elemental de estaño con un precursor químico de estaño. El precursor químico de estaño tiene propiedades únicas, radicales que mejoran la reactividad química y mejoraron grandemente el proceso de la formación del óxido de metal. Tanto el bario como el estaño son significativamente más baratos que el indio y están abundantemente disponibles.
"Estábamos muy sorprendidos de lo bien que este enfoque no convencional funcionó la primera vez que utilizamos el precursor químico de estaño", dijo Abhinav Prakash, estudiante de postgrado en ingeniería química y materiales de la Universidad de Minnesota, el primer autor del artículo. "Fue un gran riesgo, pero fue un gran avance para nosotros".
Jalan y Prakash dijeron que este nuevo proceso les permitió crear este material con un control sin precedentes sobre el espesor, la composición y la concentración de defectos y que este proceso debería ser altamente adecuado para un número de otros sistemas materiales donde el elemento es difícil de oxidar. El nuevo proceso es también reproducible y escalable.
Agregaron además que era la calidad estructuralmente superior con la concentración mejorada del defecto que les permitió descubrir alta conductividad en el material. Dijeron que el siguiente paso es continuar para reducir los defectos en la escala atómica.
"A pesar de que este material tiene la más alta conductividad dentro de la misma clase de materiales, hay mucho espacio para mejorar, al extraordinario potencial para descubrir nuevas físicas si disminuimos los defectos." Ése es nuestro próximo objetivo ", dijo Jalan.
El descubrimiento se publicó ayer en Nature Communications, una revista de acceso abierto que publica investigaciones de alta calidad en todas las áreas de las ciencias naturales.
Los investigadores dicen que lo que hace que este nuevo material sea tan único es que tiene una alta conductividad, que ayuda a la electrónica a conducir más electricidad y a ser más potente. Pero el material también tiene un ancho de banda amplio, que significa que la luz puede pasar fácilmente a través del material que lo hace ópticamente transparente. En la mayoría de los casos, los materiales con el ancho de banda amplio, tienen generalmente conductividad baja o la transparencia pobre.
"La alta conductividad y el ancho de banda amplio hacen de este un material ideal para hacer películas conductoras ópticamente transparentes que se podrían utilizar en una gran variedad de dispositivos electrónicos," incluyendo la electrónica de alta potencia, las exhibiciones electrónicas, las pantallas táctiles e incluso las células solares en las cuales la luz necesita pasar a través del dispositivo, "dijo Bharat Jalan, profesor de ingeniería química y de ciencia de los materiales de la Universidad de Minnesota y el investigador principal en el estudio.
Actualmente, la mayoría de los conductores transparentes de nuestra electrónica utilizan un elemento químico llamado indio. El precio del indio ha subido tremendamente en los últimos años añadiendo significativamente al costo de la tecnología de visualización actual. Como resultado, ha habido un esfuerzo tremendo por encontrar materiales alternativos que funcionen también, o incluso mejor, que los conductores transparentes basados en el indio.
En este estudio, los investigadores encontraron una solución. Desarrollaron una nueva película delgada conductora transparente usando un método nuevo de síntesis, en el cual crearon una película delgada BaSnO3 (una combinación de bario, estaño y de oxígeno, llamada estanato de bario), pero sustituyeron fuente elemental de estaño con un precursor químico de estaño. El precursor químico de estaño tiene propiedades únicas, radicales que mejoran la reactividad química y mejoraron grandemente el proceso de la formación del óxido de metal. Tanto el bario como el estaño son significativamente más baratos que el indio y están abundantemente disponibles.
"Estábamos muy sorprendidos de lo bien que este enfoque no convencional funcionó la primera vez que utilizamos el precursor químico de estaño", dijo Abhinav Prakash, estudiante de postgrado en ingeniería química y materiales de la Universidad de Minnesota, el primer autor del artículo. "Fue un gran riesgo, pero fue un gran avance para nosotros".
Jalan y Prakash dijeron que este nuevo proceso les permitió crear este material con un control sin precedentes sobre el espesor, la composición y la concentración de defectos y que este proceso debería ser altamente adecuado para un número de otros sistemas materiales donde el elemento es difícil de oxidar. El nuevo proceso es también reproducible y escalable.
Agregaron además que era la calidad estructuralmente superior con la concentración mejorada del defecto que les permitió descubrir alta conductividad en el material. Dijeron que el siguiente paso es continuar para reducir los defectos en la escala atómica.
"A pesar de que este material tiene la más alta conductividad dentro de la misma clase de materiales, hay mucho espacio para mejorar, al extraordinario potencial para descubrir nuevas físicas si disminuimos los defectos." Ése es nuestro próximo objetivo ", dijo Jalan.