Un dispositivo OLED de grafeno totalmente flexible y transparente
Consta de átomos unidos que forman láminas de tan sólo un átomo de grosor, por lo que constituye el material más delgado que se conoce y, quizás, el más resistente. Por su elevada ratio entre fuerza y peso, es un material idóneo para una amplia variedad de aplicaciones, desde electrónica flexible y fuentes de luz delgadas hasta celdas fotovoltaicas y envases de productos con propiedades superiores. Gracias a sus excepcionales propiedades ópticas, eléctricas y mecánicas, el grafeno es, además, un candidato muy prometedor de cara a construir una nueva generación de electrodos transparentes. Hasta ahora, el óxido de indio dopado con estaño (ITO) era la principal opción comercial para obtener materiales con los que construir electrodos transparentes para su inclusión en OLED. Sin embargo, los electrodos de ITO son quebradizos, amén de que su suministro es insuficiente para atender su creciente demanda, situación que plantea escollos económicos para la industria. En el marco del proyecto financiado con fondos europeos GLADIATOR (Graphene layers: Production, characterization and integration), un equipo de científicos consiguió crear un panel de iluminación OLED que es flexible, funcional y lleva incorporados electrodos de grafeno. Las novedosas tecnologías de producción utilizadas en el proyecto facilitan la producción a escala industrial de láminas de grafeno menos caras, de mayor calidad y de mayor superficie, de manera que el grafeno se erige en una alternativa destacada al ITO para construir electrodos transparentes que, además, presentan una resistencia muy inferior. Producción en serie de grafeno de gran calidad La producción continua y a gran escala de grafeno mediante deposición química de vapor (CVD) se demostró por primera vez como una opción viable en 2010. El equipo de este proyecto partió de ese resultado tan prometedor para obtener láminas de grafeno de calidad elevada a gran escala. «En un entorno controlado, los científicos depositan una mezcla de metano e hidrógeno sobre una placa de cobre en forma de oblea. De este modo, se pone en marcha una reacción química en la cual el metano se disuelve en el cobre y, a medida que se satura la superficie del cobre, empieza a formarse y extenderse el grafeno. Después de enfriarse, el grafeno se traslada al sustrato deseado con un portador de polímero. A esta estructura de dos capas, que consta del soporte de polímero y el grafeno, se le retira la oblea de cobre y luego la estructura se coloca sobre el sustrato definitivo. Después de extraer el portador de polímero, la zona del electrodo de grafeno se puede estructurar a voluntad para poder fabricar dispositivos electrónicos», explicó la coordinadora del proyecto, la Dra. Beatrice Beyer. A pesar de que la CVD es una de las mejores técnicas para producir grafeno, sigue habiendo dificultades para producir este material en volúmenes grandes, de manera fiable y con una calidad elevada. Pero los científicos de GLADIATOR consiguieron optimizar los catalizadores y aumentar su cobertura del sustrato. «Una técnica novedosa que se basa en el uso de un polímero de transferencia soluble en agua (el alcohol de polivinilo) hizo posible transferir grafeno de 300 mm de longitud en láminas de barrera de tamaño A4, lo cual mostró la viabilidad de reutilizar los costosos catalizadores de cobre en cinco ocasiones sin que se vea perjudicada la calidad del grafeno», añadió la Dra. Beyer. Los científicos consiguieron también progresos importantes en cuanto a aumentar la conductividad del grafeno mediante dopaje externo. Los dopantes más eficaces para los materiales ensayados fueron el ácido cloroáurico y el yodo, y para mejorar su estabilidad se idearon métodos especiales. La transferencia funcional del grafeno Una de las tareas más difíciles y, a la vez, uno de los mayores escollos para la comercialización del grafeno de gran superficie es transferirlo desde la superficie donde se forma hasta el sustrato del dispositivo. El equipo del proyecto investigó diferentes técnicas de transferencia, por ejemplo, la de grabado, la electroquímica con evolución de hidrógeno y otra novedosa técnica electroquímica que se fundamenta en la oxidación controlada y la reducción del cobre en la interfaz entre éste y el propio grafeno. Los científicos se centraron en esta última técnica y, así, redujeron en un orden de magnitud la duración media de la deslaminación de las películas de gran superficie, y estudiaron la posibilidad de extraer fragmentos de menor dimensión para después volver a unirnos formando una especie de mosaico de grafeno más grande pero continuo. Evaluación de peligros Por primera vez, estos científicos estudiaron los posibles riesgos para la salud que podría traer consigo la producción de grafeno en grandes volúmenes en el futuro en un entorno industrial. Los resultados demostraron que en la atmósfera se producía una concentración desdeñable de partículas de grafeno. Los experimentos en vivo realizados permitieron determinar que el grafeno resulta tóxico para las células y genera efectos genotóxicos. Para que se pueda comercializar con buenas perspectivas el grafeno, es indispensable producirlo en superficies grandes. El consorcio GLADIATOR, integrado por dieciséis entidades, consiguió la masa crítica necesaria para crear una tecnología que mejora la producción en ese sentido. Del proyecto surgieron una patente y varias publicaciones en medios de prestigio. Su repercusión socioeconómica podría ser inmensa.
Palabras clave
Grafeno, paneles de luz OLED, electrodos transparentes, GLADIATOR, deposición química de vapor
