El futuro para dispositivos de iluminación de última generación - Conacyt - | La Crónica de Hoy
Facebook Twitter Youtube Sábado 05 de Mayo, 2018
El futuro para dispositivos de iluminación de última generación | La Crónica de Hoy

El futuro para dispositivos de iluminación de última generación

Conacyt -

Eduardo de Jesús Coutiño González*

Las demandas energéticas actuales en conjunto con los sistemas de crecimiento sustentables han servido como un catalizador para el desarrollo de procesos eficientes, de bajo costo, y amigables con el medio ambiente. Un claro ejemplo de dicha transición a procesos energéticos eficientes es el desarrollo de sistemas de iluminación de última generación, como son los diodos emisores de luz (LEDs por sus siglas en inglés).

Los LEDs han venido reemplazando sistemas convencionales de iluminación (lámparas incandescentes y fluorescentes) debido a su alta eficiencia y sus bajos costos de operación. Se espera que los avances tecnológicos para este tipo de dispositivos de iluminación en estado sólido reduzcan significativamente tanto el uso global de energía destinado a la iluminación (en 50%), como el uso de electricidad (en 11%) para el 2025, comparado con el consumo del año 2000. Además de su alta eficiencia, los LEDs presentan mayores tiempos de vida, tiempos más cortos de arranque, y no contienen sustancias peligrosas (como es el caso del mercurio en lámparas fluorescentes).

En la actualidad LEDs, comercialmente disponibles están mayoritariamente basados en materiales semiconductores, por ejemplo InGaN y GaN (emisores de luz azul) acoplados con fósforos dopados con lantánidos (del tipo YAG:Tb3+,Eu2+,3+,Ce3+), para producir luz blanca. Sin embargo, la demanda para este tipo de fósforos se ha incrementado exponencialmente durante los últimos años lo que ha provocado una escasez de suministro, debido a esto es de primordial importancia desarrollar materiales emisores de luz alternativos que puedan ser empleados en dispositivos LEDs y que posean características adecuadas tales como bajo costo de producción, alta estabilidad y eficiencia, así como buena calidad de color.

Dentro de estos materiales podemos citar a los puntos cuánticos (QDs por sus siglas en inglés) y clústeres metálicos (CMs), los cuales han atraído mucho la atención en el ámbito científico en las últimas dos décadas.

En el caso particular de CMs, sus propiedades fisicoquímicas, ópticas y electrónicas los han posicionado como una alternativa más viable, comparado con fósforos basados en lantánidos. CMs presentan propiedades luminiscentes las cuáles se originan a partir de transiciones entre diferentes niveles energéticos discretos (Fig. 1 y 2). CMs exhiben bandas de emisión relativamente amplias cubriendo la mayoría del espectro visible electromagnético de radiación solar, además de rendimientos cuánticos altos, haciéndolos sistemas idóneos para su aplicación como fósforos sustitutos en sistemas de iluminación tipo LEDs.

Sin embargo, CMs emisores de luz necesitan ser estabilizados para explotar al máximo sus propiedades. Por ejemplo, CMs tienen la tendencia a agregarse y formar nanopartículas metálicas de mayor tamaño con la subsecuente pérdida de sus propiedades luminiscentes. Con el fin de estabilizar CMs a menudo se emplean plantillas protectoras, tales como polímeros, péptidos, o estructuras órgano-metálicas (MOFs por sus siglas en inglés). Por otro lado, zeolitas son otro tipo de plantillas estabilizantes de tipo inorgánico que han demostrado ser muy útiles en el confinamiento y estabilización de clústeres luminiscentes de plata, plomo, y azufre. CMs estabilizados en matrices zeolíticas han demostrado propiedades luminiscentes peculiares cuando son irradiados con luz ultravioleta, alcanzando rendimientos cuánticos cercanos a la unidad. Los materiales zeolíticos son considerados aluminosilicatos cristalinos microporosos, que pueden ser empleados de dos maneras en el confinamiento de nano-estructuras.

La primera estrategia es a través del confinamiento tipo ship-in-a-bottle en el cual las especies estabilizadas se someten a un proceso de auto-ensamblaje con el correspondiente aumento de tamaño, impidiendo el escape de las nano-estructuras creadas. La segunda estrategia se basa en un sistema de intercambio catiónico en el que el carácter parcialmente negativo de la red cristalina de las zeolitas permite la incorporación de precursores cargados positivamente, que posteriormente son autorreducidos para la producción de las especies deseadas. Estudios recientes han demostrado que las propiedades optoelectrónicas de CMs luminiscentes dependen en gran medida en el tipo de confinamiento, el tamaño, la composición, así como en el entorno local en el que se encuentran, los cuales son regulados mayoritariamente por las plantillas estabilizadoras (zeolitas). Sin embargo, a pesar de muchos esfuerzos, el estudio de CMs emisores de luz permanece en etapas primarias en donde la necesidad de estudios sistemáticos a nivel fundamental es de alta importancia con miras a su posterior aplicabilidad. Se espera que el desarrollo de estos materiales funcionales aporte nuevos conocimientos y ayude a forjar el camino hacia nuevos sistemas de iluminación más eficientes, versátiles, rentables y amigables con el medio ambiente.

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* Investigador de CIDETEQ

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