Investigadores de la Universidad de Minnesota, en EE.UU., han descubierto un nuevo nanomaterial transparente de película delgada con la mayor conductividad observada hasta la fecha en cualquier material de su clase.
Con estas asombrosas características, podría dar lugar a dispositivos electrónicos más pequeños, rápidos y potentes; y a células solares más eficientes.
Además, de por su elevada conductividad, el nuevo nanomaterial se caracteriza por tener una amplia banda prohibida, lo que permite que la luz pase fácilmente a través de él, haciéndolo ópticamente transparente.
La combinación de estas dos características, gran conductividad y una amplia banda prohibida, es precisamente lo que hace de este nanomaterial algo tan especial. Y es que por lo general, los materiales con una amplia banda prohibida son malos conductores y se suelen utilizar como aislantes.
Según Bharat Jalan, profesor de ingeniería química y materiales de la Universidad de Minnesota e investigador principal del estudio:
«La alta conductividad y amplia banda prohibida de este un material hacen que sea ideal para la fabricación de películas conductoras ópticamente transparentes que pueden utilizarse en una amplia variedad de dispositivos electrónicos, incluyendo dispositivos electrónicos de gran potencia, pantallas electrónicas, pantallas táctiles e incluso células solares en las que la luz necesita pasar a través del dispositivo».
En la actualidad, la mayoría de los dispositivos electrónicos conductores y transparentes utilizan un elemento químico denominado indio.
Sin embargo, se trata de un elemento poco abundante y, debido a su uso cada vez mayor en móviles, tablets y otros dispositivos electrónicos de consumo, a lo largo de los últimos 20 años su precio no ha parado de subir.
De ahí que los científicos lleven años buscando un material más barato y abundante que pueda reemplazarlo.
Ahora, finalmente, los investigadores de la Universidad de Minnesota parecen haber descubierto una solución.
Utilizando un método de síntesis novedoso, desarrollaron una película delgada de estannato de bario (BaSnO3), formada a partir de una combinación de tres elementos abundantes en la naturaleza y mucho más baratos que el indio: bario, estaño y oxígeno; y reemplazaron la fuente elemental de estaño por un precursor químico del estaño.
El precursor químico del estaño tiene propiedades únicas y radicales que mejoran la reactividad química y mejoran mucho el proceso de formación de óxido metálico.
Y tanto el bario como el estaño son significativamente más baratos que el indio y abundan en la naturaleza.
«Nos sorprendió mucho lo bien que funcionó este enfoque poco convencional la primera vez que usamos el precursor químico de estaño», señaló Abhinav Prakash, estudiante de postgrado de ingeniería química y materiales en la Universidad de Minnesota y principal autor del trabajo.
El nuevo proceso ha permitido a los investigadores crear el nanomaterial con un control sin precedentes sobre el espesor, la composición y la concentración de los defectos y, según Jalan y Prakash, podría ser adecuado para otros sistemas de materiales en los que el elemento es difícil de oxidar. Además, es reproducible y escalable.
El siguiente paso, según los investigadores será reducir los defectos a escala atómica.
«Si bien este material ya tiene la conductividad más alta dentro de su misma clase de materiales, todavía hay mucho margen de mejora, además del extraordinario potencial para descubrir nuevas propiedades físicas si disminuimos los defectos. Ese es nuestro próximo objetivo», señaló Jalan.
La investigación ha sido financiada por la Fundación Nacional para la Ciencia (NSF), la Oficina de Investigación Científica de las Fuerzas Aéreas (AFOSR) y el Departamento de Energía de los Estados Unidos; y el trabajo ha sido publicado en la revista de acceso libre Nature Communications.
Fuente: Universidad de Minnesota
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