domingo, 21 de marzo de 2010

Nuevo polímero para semiconductores orgánicos

Ingenieros de la Universidad de Washington han desarrollado un nuevo polímero que puede transportar cargas positivas y negativas, en lo que constituye un importante avance para el mundo electrónico, al poder fabricar dispositivos de doble carga más flexibles, baratos y delgados.
Un grupo de ingenieros e investigadores de la Universidad de Washington ha desarrollado un nuevo polímero que puede transportar cargas positivas y negativas, en lo que sería un importante avance para el mundo electrónico, al poder fabricar dispositivos de doble carga más flexibles, baratos y delgados. Con el nuevo material se ha construido un transistor diseñado de la misma manera que un modelo de silicio, y los resultados evidencian que el sistema funciona a la perfección, siendo el mejor rendimiento registrado hasta el momento en un único componente de polímeros orgánicos semiconductores.La mencionada tecnología ya se encuentra disponible en algunos gadgets, como el reproductor Zune HD de Microsoft o el último modelo del Sony Walkman, que incorporan elementos orgánicos de estas características. Sin embargo, hasta el momento la gran limitación de los circuitos construidos con materiales orgánicos es que solamente admiten el transporte de un tipo de carga eléctrica.La investigación de la Universidad de Washington, de la que informa el mencionado centro en un comunicado de prensa, y cuyos resultados han sido publicados en la revista especializada Advanced Materials, ha logrado desarrollar un material que permite el flujo de cargas en ambos sentidos (positivo y negativo).Los semiconductores orgánicos desarrollados durante los últimos 20 años han tenido un inconveniente importante: solamente transmiten las cargas positivas. En cambio, los semiconductores de polímero trabajados por el equipo que conduce el especialista Samson Jenekhe logran transmitir cargas positivas y negativas y, de esta manera, amplían los enfoques y aplicaciones disponibles para esta tecnología.


Un nuevo camino abiertoLa investigación fue financiada por la National Science Foundation, el Departamento de Energía de los Estados Unidos y la Fundación Ford, además de contar con la colaboración de expertos de la Universidad de Kentucky. La pregunta que surge a la vista de sus resultados es: ¿podrán estos nuevos materiales destronar al silicio de su sitial en la industria de la electrónica?.Por lo pronto, presentarían varios beneficios de importancia: el silicio es bastante más costoso y requiere de una fabricación más onerosa. Al mismo tiempo, y debido a su contextura cristalina rígida, no facilita demasiado su uso en dispositivos flexibles, mientras que los polímeros o plásticos sí cuentan con esa facilidad.Desde que se descubrió hace 30 años que ciertos plásticos o polímeros pueden conducir electricidad, se abrió un nuevo camino en el escenario de la electrónica que recién hoy está dando sus primeros pasos hacia la mayoría de edad. Es que desde ese momento los investigadores han estado trabajando para hacer más eficientes a estos materiales, en un esfuerzo largo y no exento de complicaciones.La realidad es que hoy ya se emplean materiales orgánicos o basados en el carbono en diferentes dispositivos electrónicos, como ordenadores portátiles, sistemas de audio en automóviles y reproductores de MP3. Pero la desventaja de la transmisión en un "único sentido" pone un tope (por lo menos hasta hoy) a este tipo de desarrollos.Teniendo en cuenta esta desventaja de los semiconductores orgánicos, en la actualidad deben aplicarse todo tipo de procesos complejos para compensar esta situación. El trabajo de la Universidad de Washington permite demostrar que no es necesario utilizar dos semiconductores orgánicos por separado, sino que puede utilizarse un tipo de material capaz de crear circuitos electrónicos independientes con funcionamiento en ambos sentidos (cargas positivas y negativas).



Principales aplicacionesDe esta forma, el nuevo material permitiría la construcción de transistores orgánicos y el desarrollo de otra información de procesamiento de los dispositivos mediante métodos similares, en simpleza y rapidez, a los circuitos de modalidad inorgánica que se desarrollan actualmente en la industria.El grupo de ingenieros e investigadores ha utilizado el nuevo material para construir un transistor diseñado de la misma manera que un modelo de silicio, y los resultados evidencian que el sistema funciona a la perfección, siendo el mejor rendimiento registrado hasta el momento en un único componente de polímeros orgánicos semiconductores.Por ejemplo, los electrones viajan cinco a ocho veces más rápido a través del dispositivo de la Universidad de Washington que en cualquier otro transistor de polímeros similar o desarrollado con anterioridad. Al mismo tiempo, la ganancia de voltaje fue de dos a cinco veces mayor que la observada en dispositivos convencionales.De acuerdo a los responsables de la investigación, este desarrollo abre un nuevo camino en el terreno de la electrónica con materiales orgánicos, siempre y cuando el enfoque del trabajo sea encarado correctamente y se continúe avanzando en la optimización de los polímeros en cuestión.

Publicado por: Geraldine F. Linares Moreno
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Nanorobot por levitación magnética

Es el primero de estas características y fue creado por ingenieros de la universidad de Waterloo, Canadá. Estiman que tendrá un valor incalculable para realizar tareas muy difíciles hasta ahora: ensamblar piezas diminutas, manipular materiales peligrosos y también para microcirugía.

Un equipo de científicos pertenecientes a la Universidad de Waterloo (Ontario) y liderados por el profesor Mir Behrad Khamesee, ha puesto a punto un pequeño robot que puede volar gracias a un inteligente uso del magnetismo. Según sus creadores, se utilizan una serie de electroimanes para crear un campo magnético parabólico, sobre cuya parte superior se ubica el mini robot. El dispositivo está dotado a su vez de otro grupo de pequeños electroimanes, cuyo campo magnético interactúa con el creado en primer lugar. Las fuerzas resultantes permiten al robot "volar" o girar en cualquier dirección.

El robotito voldor es un avance más de la nanotecnología que desafía la fuerzq de gravidad levitando empujado por un campo magnético. Se mueve y maneja objetos gracias a los imanes que posee en sus micropinzas.. Se lo controla – remotamente – por medio de un haz de rayo láser.
Funciona de forma similar a la que utilizan los trenes de levitación, o maglev, que se mueven por las fuerzas del magnetismo.

Según sus creadores puede ser usado para micromanipular, una técnica que permite colocar en el lugar correcto objetos diminutos. Algunas de las aplicaciones de la micromanipulación son ensamblar componentes, manipular muestras biológicas o incluso llevar a cabo operaciones de microcirugía.
El equipo canadiense dice ser el primero en fabricar un robot con micropinzas, con las que puede tomar y desplazar objetos siempre gracias al control de una persona que lo maneja remotamente. No hace falta mucha imaginación para vislumbrar la infinidad de tareas que se le podrían asignar a tal mini-robot.
Dado que la fuente de energía usada para moverlo es externa, el dispositivo no tiene que llevarla consigo, lo cual permite que sea mucho más manejable a la hora de maniobrar.

Gracias a la levitación magnética, el microrobot se posiciona solo y fácilmente sobre superficies complejas. Esto le da muchas ventajas sobre otro tipo de robots que caminan o se arrastran para hacer su trabajo. Además, como vuela, evita fricciones y otras fuerzas adherentes.

Los investigadores están muy entusiasmados con su invento, pues al no haber necesidad de cableados y como el robot flota libremente por el aire, puede funcionar dentro de un recinto cerrado mientras que el sistema de control se encuentra fuera. . "Se puede trabajar en entornos difíciles, como la manipulación de desechos tóxicos, y puede ser utilizado para llevar a cabo experimentos biológicos peligrosos. Por otra parte, ya que no existen vinculaciones mecánicas, el robot tiene un funcionamiento libre de polvo, apto para aplicaciones de sala limpia," explica Khamesee.
De hecho, es posible que este último tipo de aplicación sea la ideal para el aparato de Khamesee. Dentro de una planta en la que se fabrican semiconductores, por ejemplo, podrían montarse los electroimanes necesarios para que el robot recorra las instalaciones distribuyendo materiales o manipulando productos.

Como sea, independientemente de las dificultades que plantea la necesidad de una instalación fija sobre la que se desplazará el aparato, se trata de un gran avance en el campo de la robótica.


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Llega el chip de grafeno que podría llegar a los 1.000 GHz


El MIT vuelve a protagonizar una de las noticias de ciencia y electrónica (por partida doble) más interesantes del día con el anuncio de un chip de grafeno que podría ser capaz de alcanzar velocidades con un rango de 500 a 1.000 GHz. InformationWeek se hace eco de este descubrimiento y apunta que los resultados de estas investigaciones, dirigidas por el profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación, Tomás Palacios, aparecerán en la edición de mayo de la publicación Electron Device Letters.

Por si no lo sabes, el grafeno es una estructura monoatómica, compuesta por átomos -valga de redundancia- de carbón, con una alta conductividad eléctrica y térmica y una gran resistencia -de hecho, se demostró hace relativamente poco que es el material más resistente que existe-. La sustitución del silicio de los actuales chips electrónicos por el grafeno permite multiplicar las frecuencias de señal eléctrica con la utilización de un solo transistor y con una producción más limpia, ya que no requiere de filtración.

Palacio ya ha apuntado que en un plazo de uno a dos años podríamos presenciar la comercialización de este tipo de chips avanzados, en cuya investigación han invertido diferentes empresas de electrónica privadas. ¿Dispostivos con sistemas a frecuencias de infarto? Pues parece que la idea empieza a no ser tan descabellada...

Fuentes: es.engadget.com/2009/03/26/el-mit-desarr...

Publicado por: Geraldine F. Linares Moreno
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La Biblia enana - mediante nanotecnología

El presidente israelí Shimon Peres le regaló el pasado 11 de mayo al Sumo Pontífice católico Benedicto XVI un Antiguo Testamento que presenta como una obra maestra de la nanotecnología: el texto hebreo completo fue grabado en un chip de silicón del tamaño de la cabeza de un alfiler por científicos de Technion, el Instituto de Tecnología nacional.
El chip viene embalado de regalo en una caja de cristal con una lupa (detalle), explicaciones en hebreo e inglés de la nano Biblia, y los 13 primeros versículos del Génesis amplificados 10 mil veces.


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Nanoalimentos en el Super

 ¿Qué productos alimenticios contienen nanomateriales?
La nanotecnología, la ciencia que manipula átomos y moléculas a una nanoescala (un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro), gana cada vez más espacios en la cocina.

A través de la utilización de nanopartículas -que son microscópicos fragmentos parecidos al polvo con diámetros inferiores a 100 nanómetros, es decir la milésima parte del grosor de un cabello humano- la industria de los alimentos está creando productos de consumo diario con nuevos sabores, colores, estructuras y características energéticas y nutritivas.
"Muchos se refieren a la nanotecnología como la ciencia del futuro, pero la realidad es que ya está presente en muchos alimentos de consumo diario", dice a BBC Mundo, Eric Gaffet, Director de Investigación del Centro Nacional de Investigación Científica de Francia.
El término de nanoalimentos, que se refiere a aquellos que contienen nanopartículas, fue utilizado por primera vez por el profesor Dong-Myong Kim en 1998.

Aunque el uso de los nanomateriales en la alimentación se ha ido expandiendo con los años, no están claros los efectos de las nanopartículas sobre la salud, explica Gaffet, quien además es miembro del grupo de investigación sobre nanomateriales de la Academia Europea de las Ciencias.
Tampoco los europeos saben lo que consumen debido a que no hay ninguna directiva que obligue a la industria a informar qué productos contienen estos elementos.Nanoplatillos
El Director del Nanocentro de la Universidad Católica de Lovaina, en Bélgica, Jeroen Lammertyn, estima que en los supermercados circulan alrededor de 500 productos que contienen nanopartículas.
Muchos se refieren a la nanotecnología como la ciencia del futuro, pero la realidad es que ya está presente en muchos alimentos de consumo diario Eric Gaffet, Centro Nacional de Investigación Científica de Francia.

Debido a que la industria no tiene obligación de informar, no se sabe cuáles son estos productos, aunque diversos estudios han identificado nanoingredientes en la leche, la crema, el chocolate y en harinas en polvo, azúcar glas, aguas de sabor instantáneas, salsa de tomate y preparados para hacer pasteles.
"El ejemplo más claro de cómo operan las nanopartículas es la salsa ketchup. Las partículas fueron alteradas para modificar los fluidos y darle otra viscosidad. De no tener nanopartículas, al voltear el envase de cabeza el liquido se desplomaría como leche", explica en entrevista con BBC Mundo Lammertyn.

Según el académico, la industria apenas está descubriendo las potencialidades de esta rama de la nanotecnología, por lo que habrá que esperar en un futuro cercano la aparición de nuevos nanoalimentos.
De acuerdo con investigaciones en curso, en los laboratorios de las grandes trasnacionales se trabaja para crear helados y mayonesas con menos calorías y sin alterar su sabor, chicles que conserven su sabor sin importar el tiempo que se mastique, y aguas refrescantes cuyo color y sabor podrá ser alterado en hornos de microondas.Piden inventario El Parlamento Europeo pidió recientemente a la Comisión Europea que estudie los posibles riesgos de la utilización de nanopartículas y nanoalimentos en la alimentación.

Es importante que las autoridades europeas aclaren el debate con evidencias científicas y que hagan llegar la información correcta a la ciudadanía Jeroen Lammertyn, Universidad Católica de Lovaina.
Un informe de la Comisión Parlamentaria de Seguridad Alimentaria promovido por la eurodiputada holandesa de la Izquierda Verde Europea Kartika Liotard sostiene que no puede continuar la comercialización de estos productos sin la existencia de reglas claras.
La Eurocámara, que será renovada durante las elecciones europeas del cuatro al siete de junio próximo, demanda introducir un sistema de etiquetado obligatorio para informar al consumidor.
También exige el Ejecutivo comunitario crear un inventario, a más tardar para 2011, de los nanoalimentos disponibles en el mercado europeo, aclarando si son o no peligrosos para los seres humanos y el medio ambiente.Polémico y suspicaz El experto Lammertyn asegura que existe el peligro de que los nanoalimentos sufran el mismo destino de los productos genéticamente modificados (GM) "No debemos caer en el mismo error de los GM, que debido a la percepción equivocada que tienen en la opinión pública, no han podido desarrollar sus potencialidades.

"Es importante que las autoridades europeas aclaren el debate con evidencias científicas y que hagan llegar la información correcta a la ciudadanía".
Lammertyn insiste en que la nanotecnología puede mejorar la calidad de los alimentos con potentes aditivos nutricionales o potenciadores del sabor y la estructura, pero al mismo tiempo reconoce las dudas que existen sobre los efectos potenciales en la salud del consumidor.

Publicado por: Geraldine F. Linares Moreno
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La Universidad de la Singularidad impulsada por la NASA y Google, explorará la nanotecnología, la robótica y la inteligencia artificial

 A Einstein le daba vértigo pensar en el futuro, «porque suele llegar demasiado rápido». Ray Kurzweil, inventor y autor de 'La era de las máquinas espirituales', no tiene por fortuna ese problema. Todo su empeño consiste precisamente en acelerar la marcha trepidante para llegar vivo a ese momento mágico -la singularidad- en el que la fusión del hombre y la máquina permitirá «el mayor salto evolutivo de nuestra especie».
El intrépido Kurzweil no está ni mucho menos solo en esta singular empresa que hace unos años pertenecía al terreno de la ciencia ficción. El ingeniero aerospacial Peter Diamandis, el cofundador de Google Larry Page y la misma NASA han decidido unir fuerzas para propulsar el lanzamiento de la Singularity University.Misión: explorar los avances y las posibilidades de la biotecnología, la nanotecnología, la neurociencia, la robótica y la inteligencia artificial para hacer frente «a los grandes retos de la Humanidad».
Tripulación: 40 mentes privilegiadas de una larga decena de países (no hay españoles) que aspiran a liderar la transición hacia ese futuro tan inquietante como prometedor.«El cambio climático, el hambre, la pobreza, el cáncer... Los problemas se nos acumulan y no podemos quedarnos cruzados de brazos», asevera Ray Kurzweil, el capitán de la nave. «La tecnología es la mejor esperanza, pero tenemos que entender los retos y estudiar el impacto de todas las innovaciones que van a cambiar radicalmente nuestras vidas».«En cuanto una rama del conocimiento se convierte en una ciencia de la información, como ha ocurrido con la medicina tras la secuencia del genoma, se produce un avance de forma exponencial: dos, cuatro, ocho, dieciséis...», advierte Kurzweil. «Eso está empezando a pasar con otros campos como la energía. En 20 años, viviremos en un mundo muy distinto: tenemos que llegar preparados a la singularidad».
Kurzweil supervisa los preparativos desde su cuartel general en las afueras de Boston. Pero donde se está cociendo realmente el futuro es en el centro de investigación de la NASA en Mountain View, en el corazón palpitante de Silicon Valley. Allí está el Pleiades, uno de los superordenadores más rápidos del mundo. Y allí arrancará en julio la Universidad de la Singularidad, abriéndose paso entre cráteres lunares y robots de exploración marciana.Salim Ismail, director ejecutivo y de navegación, insiste, sin embargo, en que la Universidad de los visionarios tendrá los pies en la Tierra y buscará sobre todo soluciones prácticas: «Los mejores inventos han surgido siempre en la intersección de las ciencias.
Nuestra finalidad es unir a expertos que han sobresalido en sus campos y que han demostrado capacidad de liderazgo o de iniciativa empresarial. No queremos quedarnos sólo en la pura especulación: buscaremos soluciones prácticas».Ismail, 44 años, físico de origen indio, estuvo al frente de la fábrica de innovaciones de Yahoo y sabe de lo que habla. Explica con toda naturalidad el advenimiento de las fotocopias en tres dimensiones y vislumbra las posibilidades de la nanotecnología en la salud o en el impulso definitivo de la energía solar. Comparte con Ray Kurzweil esa visión optimista del momento en que la inteligencia de los ordenadores alcanzará a la de la especie humana y entraremos definitivamente en otra era.Los 40 estudiantes ahondarán en la teoría y práctica de la singularidad, ramificada en 10 campos que explorarán los impactos económicos, sociales, éticos y metafísicos de las tecnologías punteras.
Las primeras tres semanas se dedicarán al estudio, seguidas de otras tres en las que primarán la conexiones y la cooperación. La tormenta de ideas, al más puro estilo Silicon Valley, fraguará al final en un proyecto conjunto para acometer algunos de lo grandes retos de la Humanidad.La matrícula, por cierto, cuesta 25.000 dólares. ¿La recesión? "Tuvimos 1.200 solicitudes", asegura la hondureña Susan Fonseca-Klein, directora de operaciones de la Singularity University. "En tiempos de crisis es cuando se incuban las mejores ideas".
Publicado por: Geraldine F. Linares Moreno
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Semiconductores orgánicos (nanotecnología)

 Investigadores de la Universidad de Georgia han utilizado la nanotecnología para hacer crecer hebras de semiconductores orgánicos, con características similares a los semiconductores de silicio. El experimento podría conducir a una nueva clase de componentes electrónicos, e incluso, proporcionarnos una familia de células de combustible biológicas ideales para mantener en funcionamiento marcapasos, implantes cocleares y prótesis de todo tipo. Sin dudas, se trata de un avance significativo de la nanotecnología.

Un equipo de químicos de la Universidad de Georgia (UGA) liderado por Jason Locklin, un profesor adjunto del Franklin College of Arts and Science de la Facultad de Ingeniería, logró hacer crecer pequeñas hebras de polímeros orgánicos compuestos por cadenas de tiofeno (un hidrocarburo constituido por cuatro átomos de hidrógeno y uno de azufre ligados a cuatro átomos de carbono) y benceno ancladas sobre la superficie de delgadas láminas de metal. Estas dos sustancias son moléculas aromáticas que a veces se utilizan como disolventes.

Los estudiantes de posgrado Nicholas Marshall y Kyle Sontag participaron de los experimentos junto a Locklin. El científico dice que "estos conductores moleculares son cadenas de polímero que han crecido sobre una superficie de metal, y presentan una muy alta densidad. La estructura del conjunto se parece a un cepillo de dientes, donde las cadenas de polímeros hacen las veces de cerdas", por lo que el equipo ha comenzado a referirse a ellas simplemente como "cepillos". Lo más interesante de todo esto es que las hebras creadas en Georgia comparten las características de los semiconductores, a pesar de su naturaleza orgánica.

"La belleza de los semiconductores orgánicos es que cambian sus propiedades a medida que varia su tamaño", dice Locklin. El tiofeno se comporta como un aislante, pero "si unimos varias moléculas de tiofeno entre sí, siguiendo un patrón determinado, el conjunto adquiere características propias de los conductores", se entusiasma. Los científicos han realizado experimentos que demuestran que esta técnica permite crear polímeros cuya estructura se ajusta a sus caprichos, logrando diferentes grados de conducción. "Esto abre el camino para el desarrollo de dispositivos electrónicos, como sensores, transistores y diodos, a una escala comprendida entre los 5 y 50 nanómetros", agrega Locklin.

Locklin cree que estos materiales también tienen futuro como parte de la "fuente de alimentación" destinada a proveer de energía eléctrica a los dispositivos electrónicos que se implantan dentro del cuerpo humano. Según sus dichos, "es difícil aprovechar una fuente de combustible propia del cuerpo, como la glucosa, como parte de una celda de combustible que reemplace a las baterías, pero nuestros cables moleculares podrían ayudarnos a crear una forma de manejar flujo de cargas gracias a sus características orgánicas". Sin dudas, el campo de los semiconductores orgánicos parece muy prometedor. De todos modos, Locklin es muy cauto y asegura que todavía estamos en los comienzos de esta tecnología, y que "aún no conocemos los principios físicos involucrados en la forma en que se desplazan las cargas a través de estos materiales."

La revista Chemical Science, que en su ultimo número ha publicado el trabajo del equipo liderado por Jason Locklin, afirma que esta técnica es "un avance significativo de la nanotecnología". Si logran convertir este experimento en un sistema viable para el desarrollo de componentes electrónicos, podríamos estar en los comienzos de una nueva etapa de la industria que incluso podría volver a hacer válida la vapuleada Ley de Moore.


Publicado por: Geraldine F. Linares Moreno
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La chispa orgánica

En la informática, todos los dispositivos están compuestos por chips que permiten su funcionamiento tal cual lo conocemos. Para ello, estos deben almacenar distintas cantidades de información por lo que necesitan de un soporte a través del cual circulen los electrones.
Esta vía por donde fluyen los impulsos eléctricos se compone de los llamados semiconductores y en la mayoría de los casos suelen estar compuestos por silicio. Éste material inorgánico, por el grado de pureza que se requiere para que cumpla este tipo de función, necesita someterse a un costoso y contaminante proceso de producción que limita considerablemente su rentabilidad económica e incrementa su negativo impacto medioambiental.

Sin embargo, la electrónica molecular u orgánica permite la obtención de semiconductores mucho más sencilla y a un coste inferior. Además, los polímeros, es decir, compuestos formados por cientos de moléculas, ofrecen un alto grado de maleabilidad y de biocompatibilidad que los convierten en idóneos en campos como la fotovoltaica, la fotónica o la medicina.

Ahora bien, existen muchos tipos de semiconductores orgánicos, y por otro lado un gran número de funciones y dispositivos posibles, por lo que es necesario localizar el material que mejor se adapte a cada aplicación. En concreto, el Grupo de Polímeros Conductores de la Universidad de Málaga, dirigido por el doctor Teodomiro López Navarrete, se ha centrado en el estudio de los oligotiofenos.

¿Qué tienen de especial los oligotiofenos?

Principalmente su disposición. Como describe el doctor Juan Casado Cordón, integrante de este equipo, "éstos se ponen en paralelo porque la carga fluctúa de una forma más eficiente. Cuando el electrón entra, se va repartiendo entre las cadenas de una forma más óptima para este tipo de procesos, donde lo importante es el flujo de información. Además, al estar relativamente cercanas la cesión de la misma se hace con el menor gasto energético, podemos decir que el 'salto' que experimenta la carga de una cadena a su vecina es el mínimo".

Precisamente, este equipo ha conseguido describir estos procesos electrónicos mediante técnicas espectroscópicas: se hace incidir luz, de distinta naturaleza, y se analiza la que se transmite y/o dispersa. Esto, en consecuencia, es lo que ha permitido caracterizar los estados electrónicos, ópticos y magnéticos responsables de la gran mayoría de las prestaciones de estos nuevos materiales.

Aplicaciones

Por otra parte, la propiedad de los semiconductores orgánicos que los hacen tan adecuados es su gran flexibilidad. Por el contrario, la razón de que se haya apostado por estos en el ámbito espacial (p. Ej: placas solares de los satélites) y no de forma tan decidida en otras áreas es su alta sensibilidad a la combustión, que caduca su uso en entornos donde el oxígeno esté presente. Tanto es así que, como asegura Casado Cordón, será necesario manipular este tipo de semiconductores a fin de que puedan soportar mejor los factores medioambientales para extender sus aplicaciones. En este sentido se está explorando su aplicación en sistemas encapsulados (aislado del ambiente). "Actualmente, se están alcanzado en algunos casos tiempos de vida de unas 10000 horas, lo que significa un promedio de renovación anual que, combinado con su bajo coste, representa una alternativa muy viable", afirma este científico.

Otra de sus ventajas es su alta compatibilidad biológica. De hecho, se está trabajando en su aplicación en láseres quirúrgicos para su uso en implantes nerviosos y cardiacos, lo que reduciría exponencialmente el riesgo de rechazo de los pacientes.

Según augura este investigador, la informática, la fotovoltaica y la cirugía son sólo una muestra del amplio abanico de posibilidades que se abren gracias a los avances obtenidos en el campo de la electrónica molecular. "De hecho, añade, incluso las editoras de libros y de prensa trabajan desde años en la implantación de los primeros dispositivos electrónicos de lectura con una maleabilidad similar a la del papel".

Este grupo malagueño, que lleva trabajando desde 1992 en este tipo de conductores en colaboración con científicos de Japón, de Estados Unidos y de Alemania, es uno de los referentes nacionales en la investigación de semiconductores. Asimismo, la prestigiosa revista The Journal of American Chemical Society (JACS) –una de las de mayor impacto en ciencias - ha publicado recientemente una comunicación de este Proyecto de Excelencia de la Junta de Andalucía, la primera que hace JACS de la Universidad de Málaga en formato comunicación.

Sin duda, la electrónica molecular se postula como una solución sostenible, de futuro y con cada vez más peso en la sociedad. Tanto es así, que el Premio Príncipe de Asturias de Investigación y Ciencia de este año ha sido otorgado, junto a otros 4 investigadores del del campo de materiales orgánicos, al científico estadounidense Tobin Marks, uno de los máximos exponentes de la nanotecnología y de semiconductores orgánicos y substratos trasparentes para la electrónica molecular. Asimismo, el profesor Tobin Marks es colaborador del grupo de la UMA con el que han publicado varios trabajos conjuntos en semiconductores de base tiofénica.


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Semiconductores orgánicos de doble carga

Investigadores de la Universidad de Washington han desarrollado un nuevo polímero que puede transportar doble carga: positiva y negativa. Esta posibilidad significa un gran avance en electrónica porque permite fabricar dispositivos más flexibles, baratos y delgados.
En realidad, esta tecnología de semiconductores orgánicos ya se aplica en algunos dispositivos -- como por ejemplo el reproductor Zune HD de Microsoft o el último modelo del Sony Walkman—pero hasta ahora la gran limitación de los circuitos construidos con materiales orgánicos era que sólo admitían transporte de un solo tipo de carga eléctrica, la positiva. En cambio, los semiconductores de polímero trabajados por el equipo que conduce el especialista Samson Jenekhe logran transmitir cargas positivas y negativas y, de esta manera, amplían las aplicaciones posibles. .La investigación fue financiada por la National Science Foundation, el Departamento de Energía de los Estados Unidos y la Fundación Ford, y contó también con la colaboración de expertos de la Universidad de Kentucky.
La pregunta que surge a la vista de sus resultados es: ¿podrán estos nuevos materiales destronar al silicio de su sitial en la industria de la electrónica?Por lo pronto, porecería que presentan grandes ventajas: el silicio es bastante más caro y requiere de una fabricación más complicada. Además, por tener una estructura cristalina rígida, no es fácil usarlo en dispositivos flexibles. Los polímeros, en cambio, al ser plásticos, se adaptan con muchas más facilidad. Desde que se descubrió hace 30 años que ciertos plásticos o polímeros pueden conducir electricidad, se abrió un nuevo camino en el escenario de la electrónica que recién hoy está dando sus primeros pasos hacia la mayoría de edad. Desde aquel momento los investigadores han trabajado sin cesar para hacerlos más eficientes. El proceso implicó un largo esfuerzo plagado de complicaciones.
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Semiconductores orgánicos

Investigadores de la Universidad de Georgia han utilizado la nanotecnología para hacer crecer hebras de semiconductores orgánicos, con características similares a los semiconductores de silicio. El experimento podría conducir a una nueva clase de componentes electrónicos, e incluso, proporcionarnos una familia de células de combustible biológicas ideales para mantener en funcionamiento marcapasos, implantes cocleares y prótesis de todo tipo. Sin dudas, se trata de un avance significativo de la nanotecnología.

Un equipo de químicos de la Universidad de Georgia (UGA) liderado por Jason Locklin, un profesor adjunto del Franklin College of Arts and Science de la Facultad de Ingeniería, logró hacer crecer pequeñas hebras de polímeros orgánicos compuestos por cadenas de tiofeno (un hidrocarburo constituido por cuatro átomos de hidrógeno y uno de azufre ligados a cuatro átomos de carbono) y benceno ancladas sobre la superficie de delgadas láminas de metal. Estas dos sustancias son moléculas aromáticas que a veces se utilizan como disolventes.

Los estudiantes de posgrado Nicholas Marshall y Kyle Sontag participaron de los experimentos junto a Locklin. El científico dice que "estos conductores moleculares son cadenas de polímero que han crecido sobre una superficie de metal, y presentan una muy alta densidad. La estructura del conjunto se parece a un cepillo de dientes, donde las cadenas de polímeros hacen las veces de cerdas", por lo que el equipo ha comenzado a referirse a ellas simplemente como "cepillos". Lo más interesante de todo esto es que las hebras creadas en Georgia comparten las características de los semiconductores, a pesar de su naturaleza orgánica.  

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Optoelectrónica orgánica:

El desarrollo de la Electrónica Orgánica ha hecho que los dispositivos basados en materiales orgánicos ganen espacio en la vida cotidiana. Dentro de ella los dispositivos optoelectrónicos, como los emisores de luz y las celdas solares orgánicas, ocupan una posición de avanzada y muestran una perspectiva preponderante. Los dispositivos orgánicos emisores de luz (OLEDs) son los que mayor desarrollo han tenido y muy pronto inundarán nuestra cotidianidad.

Introducción a los orgánicos
Por el descubrimiento, estudio y desarrollo de los polímeros eléctricamente conductores, en el 2000 recibieron el Premio Nobel de Química los profesores Alan J. Heeger, de la Universidad de California en Santa Bárbara, Estados Unidos; Alan G. MacDiarmid, de la Universidad de Pensilvania, Estados Unidos, y Hideki Shirakawa, de la Universidad de Tsukuba, Japón. Estos trabajos sobre materiales poliméricos conductores, que habían comenzado desde la década de los setenta, incentivaron una explosión en el estudio y búsqueda de nuevos materiales orgánicos, que dieron paso al surgimiento de una nueva rama de la Electrónica denominada Electrónica Orgánica.

Los materiales orgánicos se caracterizan por estar constituidos por un esqueleto de átomos de carbono (C), enlazados con simples, dobles y triples enlaces. Cuando el esqueleto de C está formado por muchas unidades moleculares o monómeros de simples y dobles enlaces alternados, el compuesto se denomina polímero conjugado (Fig. 1), y entre ellos se encuentran los semiconductores orgánicos, en que los orbitales electrónicos de cada átomo tienden a solaparse y dan lugar a la formación de bandas de energía. Sin embargo, en contraste con los semiconductores inorgánicos, como el silicio (Si), el arseniuro de galio (GaAs), el telururo de cadmio (CdTe) y otros, los semiconductores orgánicos se estructuran por enlaces intermoleculares demasiado débiles para formar redes cristalinas tridimensionales, lo que ocasiona que en los semiconductores orgánicos las bandas de energía que se forman son estrechas.




Fig. 1. Esquema de un polímero conjugado y sus orbitales π.
Las principales bandas u orbitales moleculares se denominan HOMO (por su siglas en inglés: mayor orbital molecular ocupado por electrones), el de menor energía que es donde se encuentran los electrones π no excitados, y LUMO (por sus siglas en inglés: menor orbital molecular desocupado), el de mayor energía que es a donde saltarían los electrones al excitarse y que se denominan π*. Estos electrones π, que están débilmente enlazados, forman una nube de electrones delocalizados cuasi-libres y son los responsables de las interesantes transiciones ópticas y electrónicas en los semiconductores orgánicos.
Los polímeros conductores en general son más ligeros, más flexibles, menos costosos y relativamente más fáciles de obtener y trabajar que los materiales inorgánicos, además de que sus posibles variantes de compuestos son innumerables y esto los hace altamente deseables en muchas aplicaciones y se incrementan las posibilidades de nuevas aplicaciones.

La Electrónica Orgánica no sólo incluye a los semiconductores orgánicos, sino también a «pequeñas moléculas» (compuestos con peso molecular definido), materiales dieléctricos (no conductores o aislantes) y conductores. Materiales, estructuras y dispositivos con base orgánica ya se utilizan en múltiples aplicaciones (sensores, baterías, transistores, electrónica integrada, etc.).
Dentro de este amplio campo se destaca la Optoelectrónica Orgánica, que comprende el estudio de estructuras orgánicas emisoras y detectoras de luz, y se basan en la transformación de electricidad en luz y viceversa. En el primer caso se encuentran los Diodos Orgánicos Emisores de Luz (OLED, por sus siglas en inglés: Organic Light Emitting Diode), y en el segundo las Celdas Solares Orgánicas (OSC, por sus siglas en inglés: Organic Solar Cell). Los OLEDs han tenido amplio desarrollo y éxito y hoy se utilizan ya en la vida cotidiana (Fig. 2), mientras que las OSCs, aunque han mostrado grandes avances, aún se encuentran en estudio y desarrollo debido a sus relativamente bajas eficiencias.

Fig. 2. Aplicaciones OLEDs de hoy: Pantallas de televisión y de lap top.
Los Diodos Emisores de Luz (LEDs) tradicionales están basados en semi-conductores inorgánicos y son habitua-les en los equipos electrónicos como señalizadores e indicadores alfanumé-ricos. Estos pueden verse como los «bombillitos» indicadores en equipos de música, reproductores de DVD, semáforos digitalizados, radiorrecep-tores, etcétera. ¿Cómo funcionan los OLEDs?

En los OLEDs, que están basados en semiconductores orgánicos, las cargas positivas o huecos que se inyectan a través del ánodo en la capa conductora se recombinan con los electrones que se inyectan a través del cátodo en la capa emisora en que ocurre la emisión de luz (Fig. 3, en la página siguiente). En esta recombinación los electrones que tienen mayor energía pierden su energía al ocupar las posiciones de los huecos con menor energía y esa energía perdida es la que se transforma en fotones, o sea, luz. En ocasiones se utilizan nanoestructuras semiconductoras inorgánicas embebidas dentro del material orgánico, con el objetivo de lograr características luminiscentes específicas.


Fig. 3. Esquema de un diodo orgánico emisor de luz (OLED).

Con el uso de una capa conductora transparente a la luz emitida, un ánodo transparente que habitualmente es un TCO (por sus siglas en inglés: óxido conductor transparente) y un sustrato de vidrio, también transparente a la luz visible y que actúa como soporte y protección, la luz emergerá por la superficie. Como sustrato también pueden utilizarse materiales orgánicos transparentes en forma de películas que son también mecánicamente resistentes. Si, además, en la capa emisora se hace un arreglo de varios materiales orgánicos adecuados que emiten en diferentes longitudes de onda se logra que un mismo dispositivo pueda emitir diferentes colores, puede obtenerse una combinación de ellos e incluso llegar a «emitir» color blanco (Fig. 4).

Fig. 4. OLED multicolor emisor por la superficie.

La sustitución de las cadenas laterales del esqueleto polimérico de carbono puede determinar el color de la luz emitida, entre otras propiedades. En la fabricación de los OLEDs se utilizan varias técnicas, pero la más usada, eficiente y barata es la llamada Inkjet Printing (semejante a las impresoras domésticas de chorro de tinta), que permite crear grandes pantallas de OLEDs con un sustrato común a todos.

Las ventajas de los OLEDs respecto a los LEDs tradicionales de semiconductores inorgánicos, provienen de que aquellos son más delgados y flexibles, poseen más rango de colores, brillo y contraste, tienen mayores posibilidades de escalabilidad y consumen menos energía. No obstante, aún presentan desventajas debido a que sus tiempos de vida son menores, los procesos de fabricación aún son caros y son susceptibles de deteriorarse con el agua.

Los OLEDs hoy y mañana

Actualmente ya se comercializan los dispositivos OLEDs. Como pantallas ya tienen un presente, se vislumbran con un futuro relevante, se espera que pronto inunden abrumadoramente la vida cotidiana y sean los dispositivos que registrarán mayor crecimiento en el mundo de la electrónica. Su uso en los equipos móviles hace innecesaria la iluminación de fondo de la pantalla (conocida como backlight), que consume bastante energía y así la carga de las baterías durará más en laptops, teléfonos celulares, cámaras digitales, PDAs y otros. En un futuro nada lejano, cuando sus costos disminuyan, se espera que puedan ser usados en la iluminación residencial y pública.
Por ello es que grandes marcas desarrollan, comercializan y se posicionan en el mercado de los OLEDs.

 Fig. 5. El futuro próximo: multipantallas y periódicos OLED.
El desarrollo de los OLEDs logrará que esos avances presentados en muchas películas futuristas de ciencia ficción pronto sean reales y cotidianos (Fig. 5) y que, por ejemplo, la televisión sea una pantalla tan delgada como un papel, que el techo sea todo lumínico aunque no hayan lámparas y que el periódico sea un dispositivo flexible y hasta enrollable que se actualice a voluntad por la red.* Doctor en Ciencias Físicas. Laboratorio de Investigaciones en Electrónica del Estado Sólido (LIEES), Instituto de Ciencia y Tecnología de Materiales, Universidad de La Habana, Cuba. e-mail: augusto@fisica.uh.cu


Publicado por: Geraldine F. Linares Moreno
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Semiconductores Híbridos Con Expansión Térmica Cero

El ventilador de su ordenador está ahí para impedir que el chip del microprocesador se caliente hasta el punto en que sus materiales componentes empiecen a expandirse, produciendo fisuras que interrumpan el flujo de la electricidad y destruyan el chip.
La expansión térmica también puede separar los materiales semiconductores del substrato, reduciendo su rendimiento a través de cambios en la estructura electrónica del material, o deformar las delicadas estructuras que emiten la luz láser. Ahora, los nuevos semiconductores híbridos que presentan expansión térmica cero podrían llevar a una electrónica y una optoelectrónica más robustas.

Una nueva investigación realizada por científicos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL, por sus siglas en inglés), el Laboratorio Nacional de Argonne y otras instituciones académicas, ha revelado la existencia de un material semiconductor con expansión térmica cero. La investigación puede tener repercusiones para el diseño de las futuras generaciones de dispositivos electrónicos y optoelectrónicos que puedan soportar una gama más amplia de temperaturas.

Los intereses tradicionales en los materiales con expansión térmica cero se han centrado fundamentalmente en áreas tales como la óptica, y los componentes que se calientan en los motores o en los utensilios de cocina. Son raros los materiales con expansión térmica cero que tengan usos en áreas como la electrónica y la optoelectrónica, ya que la mayoría son cristales, los cuales no funcionan bien en las aplicaciones típicas de la electrónica. El semiconductor híbrido orgánico-inorgánico investigado en este trabajo es un semiconductor multifuncional que previamente había demostrado poseer propiedades electrónicas y ópticas superiores. Los resultados del trabajo también hacen pensar en un camino alternativo para diseñar materiales con cualquier índice de expansión térmica deseado, positivo o negativo.

Los materiales bajo estudio están formados por capas orgánicas e inorgánicas alternadas que actúan en conjunto para producir estos efectos. Una se contrae mientras la otra se expande, y el resultado neto de ambos efectos opuestos es una expansión cero.
Si bien la estabilidad térmica y la estabilidad química son dos grandes problemas para la mayoría de los híbridos, la nanoestructura híbrida investigada en este trabajo resulta excepcionalmente estable en el aire.
No sólo las estructuras cristalinas permanecen inalteradas, sino que sus propiedades ópticas y electrónicas tampoco se alteran después de años de exposición al aire o al calentamiento de más de 200 grados Celsius, un beneficioso rasgo atribuido al fuerte enlace covalente empleado.




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El lado oscuro de la naturaleza

Según recientes observaciones astronómicas (WMAP), sólo una ínfima parte del contenido del universo es materia como la que hay en nuestro planeta. Hasta hoy nadie sabe qué es lo que forma el restante 96 por ciento.
Debido no sólo a su origen poco claro, sino también a que no emite luz escapando a toda observación, decimos que allá afuera hay "materia y energía oscuras". El hecho es que el movimiento de las galaxias nos dice que el universo está repleto de algo desconocido.
Por:  Saúl Ramos Sánchez*  
Según recientes observaciones astronómicas (WMAP), sólo una ínfima parte del contenido del universo es materia como la que hay en nuestro planeta. Hasta hoy nadie sabe qué es lo que forma el restante 96 por ciento. Debido no sólo a su origen poco claro, sino también a que no emite luz escapando a toda observación, decimos que allá afuera hay "materia y energía oscuras".
El hecho es que el movimiento de las galaxias nos dice que el universo está repleto de algo desconocido. ¿Qué es, de dónde surgió, qué efectos tiene en la Tierra? Desafiantes teorías se dibujan en la mente de quienes intentan descifrar el lado oscuro de la naturaleza.Los puntos luminosos en el cielo de una noche apacible han cautivado al humano desde siempre. Hoy sabemos que son galaxias, estrellas, planetas, lunas y otros cuerpos celestes que conviven en el universo. Los astrónomos han descubierto que si nuestros ojos fueran muy sensibles, el cielo nocturno entero sería un espectáculo de luces: luces que nacen, que se mueven, que explotan, que desaparecen.
Sin embargo, para poder ver semejante recreación se requieren sofisticadas lentes que permiten ver no sólo la luz visible emitida por las estrellas más distantes, sino también la radiación que nuestros ojos no pueden captar.Desde el siglo XVII, cuando Newton publicó su teoría de la gravedad, se sabe que las estrellas atraen a los objetos a su alrededor. Entre más pesadas éstas sean, mayor es la atracción ejercida. Esto explica la formación de sistemas solares como el nuestro y de estructuras mayores como las galaxias.
No obstante, para Einstein la teoría newtoniana de la gravedad estaba incompleta. En 1916, Einstein publicó su teoría general de la relatividad, la cual predijo que no sólo los planetas se atraen mutuamente por efecto de la gravedad, sino que, debido a que la energía y la materia son en esencia lo mismo, también cualquier tipo de energía, incluyendo la luz, puede percibir la gravedad. Los astrónomos no tardaron mucho en confirmarlo.Las estrellas desvían la trayectoria de la luz en el espacio. De hecho, grandes cantidades de materia y energía son capaces de desviar notoriamente todo tipo de radiación.
La teoría de la relatividad determina con exactitud esta desviación, la cual depende de la cantidad de materia y energía presentes. Observaciones astronómicas indican, empero, que la luz se desvía excesivamente al pasar cerca de algunos grupos de galaxias. Esto podría indicar que, aparte de la materia y la energía observadas en estos grupos de galaxias, existe materia y energía inobservables que generan un campo gravitacional muy intenso, un campo cerca de diez veces más intenso que el producido por la materia común.Aun más preocupante es la certeza de que nuestro universo se expande cada vez más rápido. Esto contradice la intuición.
Por ponerlo de alguna manera, si un globo de agua explota, se espera que las gotas de agua salgan volando rápidamente del globo y que luego pierdan fuerza y caigan quedándose sin velocidad. Contrariamente, en nuestro universo, originado por la Gran Explosión (o Big Bang), parece que las "gotas de materia" siguen adquiriendo cada vez mayor velocidad. Esta paradoja indica que, en lugar de vacío, entre estrella y estrella hay cierta cantidad de energía desconocida e indetectable: la misteriosa energía oscura. ¿Pero qué son y de dónde surgen estas substancias oscuras? El ingenio humano ha creado teorías en búsqueda de respuestas. Probablemente, durante la historia del universo partículas diminutas volaban aleatoriamente con enorme rapidez. Quarks, fotones y electrones jugueteaban con partículas no descubiertas aún. Estas partículas pertenecían a una clase algo diferente a la de las partículas que forman los objetos que nos rodean. Eran partículas de peso enorme, eran las así llamadas partículas supersimétricas.
Cuando los planetas se formaron, sólo sobrevivieron las partículas supersimétricas más ligeras, muy parecidas a algunas partículas conocidas, pero casualmente incapaces de emitir o reflejar luz: he ahí la materia oscura.El origen de la energía oscura requiere más imaginación. El vacío podría contener una partícula bautizada "quinta esencia", o bien, una forma de energía intrínseca asociada a la forma del universo.
Cualquiera que sea la respuesta, esta energía debe cubrir el 75% del contenido del universo. Eso querría decir que eso que llamamos "vacío" está, en realidad, "lleno" de una forma mágica de energía que proyecta nuestra galaxia al infinito.Estas teorías podrían ser la respuesta a las preguntas que origina la existencia de la materia y la energía oscuras. Por otra parte, para los científicos hay preguntas abieras. ¿Podría ser que ninguna de estas especies desconocidas de materia y energía existe? Quizá la teoría de la gravedad no es del todo correcta. Tal vez las contradictorias observaciones astronómicas son sólo indicios de que nuestra comprensión de la gravedad requiere modificaciones. ¿Partículas desconocidas son la fuente de la oscuridad del universo o es nuestra ignorancia lo que lo hace oscuro? Los científicos del mundo saben que éstas son preguntas importantes que nos hunden en la más tenebrosa oscuridad. Y saben también que es urgente que alguien encienda la luz.*Universidad de Bonn, Alemania 

Publicado por: Geraldine F. Linares Moreno
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Nace la electrónica orgánica

 Un virus modificado genéticamente en la Universidad de Austin ha sido utilizado en la fabricación de componentes electrónicos, lo que constituye una nueva revolución nanotecnológica y toda una proeza en la fabricación de materiales híbridos que combinan compuestos orgánicos e inorgánicos. Por Raúl Morales.

Científicos de la Universidad de Austin (Texas) han conseguido modificar genéticamente un virus inofensivo y asociarlo a una sustancia utilizada en la fabricación de semiconductores, lo que supone toda una proeza en la fabricación de materiales híbridos que asocian compuestos orgánicos e inorgánicos.

En presencia de una solución química y de un campo magnético, las moléculas de este virus se asocian a la sustancia utilizada en la fabricación de semiconductores y se multiplican, dando lugar así a una sustancia cristalina de varios centímetros. La nueva sustancia es útil para integrar pantallas de cristales líquidos y otros componentes que se utilizan en microelectrónica, magnetismo e instrumentos ópticos.

Debido a la importancia de este descubrimiento, el equipo de la Universidad de Austin se integrará en el Massachusetts Institute of Technology (MIT), con la finalidad de proseguir sus investigaciones en este contexto.

El descubrimiento desvela la pujanza de la nanotecnología, cuyos descubrimientos continúan transformando al sector industrial. La nanotecnología agrupa a diversas disciplinas especializadas en el nivel más elemental de la materia, los átomos y las moléculas.

Promesas nanotecnológicas

Entre las más recientes aportaciones de la nanotecnología figuran los nanotubos de carbono, unos hilos mono-moleculares cien veces más resistentes y seis veces más ligeros que el acero. También paneles solares a base de plástico y de tamaño nanoscópico, transistores moleculares orgánicos (de los laboratorios Bell) o el motor molecular de algunas millonésimas de milímetro que puede accionarse a voluntad, creado por la Universidad de Cornell.

La nanotecnología promete además resolver las limitaciones físicas a la miniaturización y obtener componentes electrónicos moleculares o atómicos capaces de revolucionar la actual capacidad de los ordenadores.

El Gobierno de Estados Unidos está apoyando con fuerza las investigaciones que se realizan en estos campos, por lo atractivas que resultan para la innovación industrial. Los fondos destinados a estos trabajos ascienden a 656 millones de euros en 2002 y 770 millones de euros en 2003, mientras que Europa destinó sólo 185 millones de euros en 2000.

Las inversiones privadas superan los mil millones de dólares en Estados Unidos, pero en Europa acaba de constituirse en primer fondo privado (Creado por Capital Stage) para apoyar las nanotecnologías, con un fondo de sólo 100 millones de euros.


Fuente: http://www.webzinemaker.com/admi/m6/page.php3?num_web=1604&rubr=2&id=35286


Publicado por: Geraldine F. Linares Moreno
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Aparatos opto-electrónicos orgánicos: ¡Nueva tecnología plástica!


Hoy en día, vivimos en un mundo donde nuestras actividades dependen de una multitud de aparatos tecnológicos basados en la conducción de la electricidad, la electrónica y la luz, por ejemplo: la TV, la radio, el teléfono celular, el reproductor de CDs y DVDs, el lector óptico del supermercado, las computadoras, etc. ¡Todos hemos usado o hacemos uso de más de uno de estos dispositivos electrónicos! Estos equipos funcionan con la electrónica desarrollada en el siglo anterior, que a su vez se basa en pequeños dispositivos llamados diodos y transistores que conforman los chips electrónicos de todos los circuitos (tarjetas) de los aparatos mencionados.

Por: José Luis Maldonado Rivera*

Hoy en día, vivimos en un mundo donde nuestras actividades dependen de una multitud de aparatos tecnológicos basados en la conducción de la electricidad, la electrónica y la luz, por ejemplo: la TV, la radio, el teléfono celular, el reproductor de CDs y DVDs, el lector óptico del supermercado, las computadoras, etc. ¡Todos hemos usado o hacemos uso de más de uno de estos dispositivos electrónicos! Estos equipos funcionan con la electrónica desarrollada en el siglo anterior, que a su vez se basa en pequeños dispositivos llamados diodos y transistores que conforman los chips electrónicos de todos los circuitos (tarjetas) de los aparatos mencionados. Estos diodos y transistores están fabricados de un material muy abundante en nuestro planeta, el silicio, que es un elemento químico no metálico y el segundo más abundante en la corteza terrestre (28%) después del oxígeno. El silicio presenta características interesantes, por ejemplo, tiene propiedades semiconductoras, es decir, sólo bajo ciertas condiciones conduce electricidad a diferencia de los buenos conductores eléctricos tales como los metales (cobre, plata, oro, etc.).

Desde hace unos 20 años, los científicos están estudiando y desarrollando una nueva electrónica basada ya no en el silicio sino en materiales orgánicos (o plásticos). Ésta es una tecnología donde se emplean compuestos químicos que contienen átomos de carbono en sus estructuras. Además de conducir electricidad, en esta nueva tecnología plástica, los dispositivos, para su funcionamiento, requieren y/o manipulan y/o emiten luz, de aquí el nombre de opto-electrónica, recordemos que la luz es estudiada por la óptica que a su vez es una rama de la Física. Este campo científico-tecnológico de la opto-electrónica está provocando una revolución en nuestras vidas por ser un área de intensa investigación y desarrollo a nivel mundial debido a su gran impacto académico, económico, energético, social, etc.

Dentro de los dispositivos plásticos que más auge han tenido y que de hecho, ya están saliendo comercialmente al mercado, tenemos a los denominados diodos orgánicos electro-luminiscentes (OLEDs por sus siglas en inglés) para displays ópticos. Los displays ópticos son, por ejemplo, las pantallas de una calculadora, una lap top, etc. Estos dispositivos ya están siendo una tecnología paralela y con ventajas a los displays basados en cristales líquidos (LCDs) ampliamente usados en las pantallas de los celulares, calculadoras, relojes, monitores de computadora, TVs y muchos equipos más. Por otra parte, dentro de quizá algunos años, otros de los dispositivos que puedan ya estar presentes comercialmente son las celdas solares orgánicas (OPVs), considerados los primos hermanos de los OLEDs dado su funcionamiento: en los OLEDs se aplica electricidad y se produce luz, mientras que las OPVs captan luz (solar) y la transforman en electricidad.
De fundamental importancia en la investigación y desarrollo de los equipos mencionados son los materiales empleados. Los científicos de las área de ciencias físicas, la química, la óptica, las ciencias de materiales y la ingeniería (ver figura), buscan e investigan nuevos materiales con distintas y mejores características para una multitud de aplicaciones.
De entre estos nuevos materiales, las moléculas y polímeros (grandes cadenas de moléculas) orgánicos semiconductores, como un área interdisciplinaria, son de interés particular. En los años 70s los científicos comenzaron a estudiar las propiedades de semiconductor en materiales orgánicos, pero fue hasta en los 80s cuando los químicos y personas del área de ciencias de materiales lograron diseñar y sintetizar nuevas moléculas y polímeros con mejores propiedades. Estos novedosos compuestos presentan características excepcionales, tales como fácil procesamiento, bajo costo, flexibilidad mecánica y deposición a temperatura ambiente sobre una variedad de sustratos (algo fundamental para los dispositivos electrónicos plásticos). Además, estos materiales orgánicos pueden ser diseñados por medio de la ingeniería molecular en una variedad virtualmente infinita de formas para optimizar alguna o varias de sus propiedades eléctricas, mecánicas y ópticas, es decir, es algo así como lo que realizan los arquitectos e ingenieros: ¡pueden diseñar y construir una casa con multitud de materiales, formas, tanto internas como externas y, con variados muebles para el confort y decoración! Por las anteriores razones, se espera que en un futuro cercano, hagamos uso de una gran diversidad de aparatos tecnológicos que empleen materiales plásticos por lo que, paulatinamente, la electrónica tradicional basada principalmente en el silicio, estará dando paso a esta nueva tecnología plástica.
Como investigador del Centro de Investigaciones en Óptica A.C. (CIO), al lado de colegas del Grupo de Propiedades Ópticas de la Materia (GPOM), participo activamente en esta área de materiales y en el estudio de varios de los dispositivos opto-electrónicos orgánicos mencionados.
Estas investigaciones las realizo en conjunto con varios científicos de distintas y prestigiosas instituciones nacionales e internacionales. El financiamiento económico lo recibo principalmente del gobierno mexicano, estatal y federal, a través de sus organismos para ciencia y tecnología, el Concyteg (Consejo de Ciencia y Tecnología del Estado de Guanajuato) y el Conacyt (Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología), es decir, son investigaciones financiadas con dinero de todos los mexicanos que pagamos impuestos.
El lector interesado puede encontrar más información en las siguientes tres lecturas recomendadas para un amplio público:

a) J.L. Maldonado, Nota en revista Ciencia y Desarrollo: "Opto-electrónica de plásticos". Vol. 33, diciembre 2007, p. 70.
b) J.L. Maldonado y G. Ramos-Ortíz, "Opto-electrónica orgánica (plástica); nueva tecnología". Bol. Soc. Mex Fis. Vol. 22-3, julio-septiembre 2008, p. 131-136.
c) J.L. Maldonado et al., "Two examples of plastic opto-electronic devices: light emitting diodes and solar cells". Am. J. Phys. 76, diciembre 2008, p. 1130-1136.
 Fuente : http://ciencias.jornada.com.mx/ciencias/investigacion/ciencias-fisico-matematicas/investigacion/aparatos-opto-electronicos-organicos-a1nueva-tecnologia-plastica



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Aparatos opto-electrónicos orgánicos: ¡Nueva tecnología plástica!

Hoy en día, vivimos en un mundo donde nuestras actividades dependen de una multitud de aparatos tecnológicos basados en la conducción de la electricidad, la electrónica y la luz, por ejemplo: la TV, la radio, el teléfono celular, el reproductor de CDs y DVDs, el lector óptico del supermercado, las computadoras, etc. ¡Todos hemos usado o hacemos uso de más de uno de estos dispositivos electrónicos! Estos equipos funcionan con la electrónica desarrollada en el siglo anterior, que a su vez se basa en pequeños dispositivos llamados diodos y transistores que conforman los chips electrónicos de todos los circuitos (tarjetas) de los aparatos mencionados.

Por: José Luis Maldonado Rivera*

Hoy en día, vivimos en un mundo donde nuestras actividades dependen de una multitud de aparatos tecnológicos basados en la conducción de la electricidad, la electrónica y la luz, por ejemplo: la TV, la radio, el teléfono celular, el reproductor de CDs y DVDs, el lector óptico del supermercado, las computadoras, etc. ¡Todos hemos usado o hacemos uso de más de uno de estos dispositivos electrónicos! Estos equipos funcionan con la electrónica desarrollada en el siglo anterior, que a su vez se basa en pequeños dispositivos llamados diodos y transistores que conforman los chips electrónicos de todos los circuitos (tarjetas) de los aparatos mencionados. Estos diodos y transistores están fabricados de un material muy abundante en nuestro planeta, el silicio, que es un elemento químico no metálico y el segundo más abundante en la corteza terrestre (28%) después del oxígeno. El silicio presenta características interesantes, por ejemplo, tiene propiedades semiconductoras, es decir, sólo bajo ciertas condiciones conduce electricidad a diferencia de los buenos conductores eléctricos tales como los metales (cobre, plata, oro, etc.).

Desde hace unos 20 años, los científicos están estudiando y desarrollando una nueva electrónica basada ya no en el silicio sino en materiales orgánicos (o plásticos). Ésta es una tecnología donde se emplean compuestos químicos que contienen átomos de carbono en sus estructuras. Además de conducir electricidad, en esta nueva tecnología plástica, los dispositivos, para su funcionamiento, requieren y/o manipulan y/o emiten luz, de aquí el nombre de opto-electrónica, recordemos que la luz es estudiada por la óptica que a su vez es una rama de la Física. Este campo científico-tecnológico de la opto-electrónica está provocando una revolución en nuestras vidas por ser un área de intensa investigación y desarrollo a nivel mundial debido a su gran impacto académico, económico, energético, social, etc.

Dentro de los dispositivos plásticos que más auge han tenido y que de hecho, ya están saliendo comercialmente al mercado, tenemos a los denominados diodos orgánicos electro-luminiscentes (OLEDs por sus siglas en inglés) para displays ópticos. Los displays ópticos son, por ejemplo, las pantallas de una calculadora, una lap top, etc. Estos dispositivos ya están siendo una tecnología paralela y con ventajas a los displays basados en cristales líquidos (LCDs) ampliamente usados en las pantallas de los celulares, calculadoras, relojes, monitores de computadora, TVs y muchos equipos más. Por otra parte, dentro de quizá algunos años, otros de los dispositivos que puedan ya estar presentes comercialmente son las celdas solares orgánicas (OPVs), considerados los primos hermanos de los OLEDs dado su funcionamiento: en los OLEDs se aplica electricidad y se produce luz, mientras que las OPVs captan luz (solar) y la transforman en electricidad.
De fundamental importancia en la investigación y desarrollo de los equipos mencionados son los materiales empleados. Los científicos de las área de ciencias físicas, la química, la óptica, las ciencias de materiales y la ingeniería (ver figura), buscan e investigan nuevos materiales con distintas y mejores características para una multitud de aplicaciones.
De entre estos nuevos materiales, las moléculas y polímeros (grandes cadenas de moléculas) orgánicos semiconductores, como un área interdisciplinaria, son de interés particular. En los años 70s los científicos comenzaron a estudiar las propiedades de semiconductor en materiales orgánicos, pero fue hasta en los 80s cuando los químicos y personas del área de ciencias de materiales lograron diseñar y sintetizar nuevas moléculas y polímeros con mejores propiedades. Estos novedosos compuestos presentan características excepcionales, tales como fácil procesamiento, bajo costo, flexibilidad mecánica y deposición a temperatura ambiente sobre una variedad de sustratos (algo fundamental para los dispositivos electrónicos plásticos). Además, estos materiales orgánicos pueden ser diseñados por medio de la ingeniería molecular en una variedad virtualmente infinita de formas para optimizar alguna o varias de sus propiedades eléctricas, mecánicas y ópticas, es decir, es algo así como lo que realizan los arquitectos e ingenieros: ¡pueden diseñar y construir una casa con multitud de materiales, formas, tanto internas como externas y, con variados muebles para el confort y decoración! Por las anteriores razones, se espera que en un futuro cercano, hagamos uso de una gran diversidad de aparatos tecnológicos que empleen materiales plásticos por lo que, paulatinamente, la electrónica tradicional basada principalmente en el silicio, estará dando paso a esta nueva tecnología plástica.
Como investigador del Centro de Investigaciones en Óptica A.C. (CIO), al lado de colegas del Grupo de Propiedades Ópticas de la Materia (GPOM), participo activamente en esta área de materiales y en el estudio de varios de los dispositivos opto-electrónicos orgánicos mencionados.
Estas investigaciones las realizo en conjunto con varios científicos de distintas y prestigiosas instituciones nacionales e internacionales. El financiamiento económico lo recibo principalmente del gobierno mexicano, estatal y federal, a través de sus organismos para ciencia y tecnología, el Concyteg (Consejo de Ciencia y Tecnología del Estado de Guanajuato) y el Conacyt (Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología), es decir, son investigaciones financiadas con dinero de todos los mexicanos que pagamos impuestos.
El lector interesado puede encontrar más información en las siguientes tres lecturas recomendadas para un amplio público:

a) J.L. Maldonado, Nota en revista Ciencia y Desarrollo: "Opto-electrónica de plásticos". Vol. 33, diciembre 2007, p. 70.
b) J.L. Maldonado y G. Ramos-Ortíz, "Opto-electrónica orgánica (plástica); nueva tecnología". Bol. Soc. Mex Fis. Vol. 22-3, julio-septiembre 2008, p. 131-136.
c) J.L. Maldonado et al., "Two examples of plastic opto-electronic devices: light emitting diodes and solar cells". Am. J. Phys. 76, diciembre 2008, p. 1130-1136.
 Fuente : http://ciencias.jornada.com.mx/ciencias/investigacion/ciencias-fisico-matematicas/investigacion/aparatos-opto-electronicos-organicos-a1nueva-tecnologia-plastica


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Organic semiconductor


STM image of self-assembled supramolecular chains of the organic semiconductor Quinacridone on Graphite.


An organic semiconductor is an
organic material that has semiconductor properties. Semiconductivity is exhibited by single molecules, short chain (oligomers) and organic polymers. Semiconducting small molecules (aromatic hydrocarbons) include the polycyclic aromatic compounds pentacene, anthracene, and rubrene. Examples of polymeric semiconductors are poly(3-hexylthiophene), poly(p-phenylene vinylene), F8BT, as well as polyacetylene and its derivatives.
There are two major overlapping classes of organic semiconductors: organic
charge-transfer complexes, and various linear-backbone conductive polymers derived from polyacetylene, such as polyacetylene itself, polypyrrole, and polyaniline. Charge-transfer complexes often exhibit similar conduction mechanisms to inorganic semiconductors, at least locally. Such mechanisms arise from the presence of hole and electron conduction layers separated by a band gap. As with inorganic amorphous semiconductors, tunneling, localized states, mobility gaps, and phonon-assisted hopping also contribute to conduction, particularly in polyacetylenes. Like inorganic semiconductors, organic semiconductors can be doped. Organic semiconductors susceptible to doping polyaniline (Ormecon) and PEDOT:PSS, are also known as organic metals.
Typical carriers in organic semiconductors are holes and electrons in
π-electrons. Almost all organic solids are insulators. But when their constituent molecules have π-conjugate systems, electrons can move via π-electron cloud overlaps. Polycyclic aromatic hydrocarbons and phthalocyanine salt crystals are examples of this type of organic semiconductor.
In charge-transfer complexes even unpaired electrons may be stable for a long time, and they function as the carriers. This type of semiconductor is also obtained by pairing an electron donor molecule and an electron acceptor molecule.
History



Voltage-controlled switch, an "active" organic polymer electronic device from 1974. Now in the Smithsonian Chip collection.

The study of conductive charge-transfer complexes began with the discovery of the strikingly high conductivity of perylene-iodine complex (8 Ω.cm) in 1954. In 1972, researchers reported metallic conductivity in the charge-transfer complex TTF-TCNQ. In 1980, superconductivity was observed in TMTSF-PF6 complex.
In 1963, Weiss et al. reported passive high conductivity in iodine-"doped" oxidized polypyrrole.[2] This was the first report of modern highly-conductive polyacetylenes and related linear-backbone polymer "Blacks" or Melanins. They achieved a resistivity of 1 Ω cm. The authors also described the effects of iodine doping on conductivity, the conductivity type (n or p), and electron spin resonance studies on polypyrrole. In later papers, they achieved resistivities as low as 0.03 Ω cm,[3][4] on the order of present-day efforts. They noted an Australia patent application (5246/61, June 5, 1961) for conducting polypyrrole.[citation needed] Highly-conductive polypyrrole was reported as being discovered in 1979 by Diaz et al.
In a similar 1977 paper, Shirakawa et al. reported equivalent high conductivity in similarly oxidized and iodine-doped polyacetylene. They received the 2000 Nobel prize in Chemistry for "The discovery and development of conductive polymers". The Nobel citation made no reference to Weiss et al.'s similar earlier work (see Nobel Prize controversies).

Likewise, an organic electronic device was reported in a 1974 paper in Science Here, John McGinness and his coworkers reported a high conductivity "ON" state and hallmark negative differential resistance in DOPA Melanin, an oxidized copolymer of polyacetylene, polypyrrole, and polyaniline. This device was a "proof of concept" for an earlier paper in Science. Outlining what is now the classic mechanism for electrical conduction in such materials. In a typical "active" device, a voltage or current controls electron flow. This gadget is now in the Smithsonian's collection (see figure).
Analogous rigid-backbone organic semiconductors are now-used as active elements in optoelectronic devices such as organic light-emitting diodes (OLED), organic solar cells, Organic Field-Effect Transistors (OFET), electrochemical transistors and recently in biosensing applications.
Organic semiconductors have many advantages, such as easy fabrication, mechanical flexibility, and low cost. Melanin is a semiconducting polymer currently of high interest to researchers in the field of organic electronics in both its natural and synthesized forms.

Processing
One of the differences between small molecules and polymers is their processing techniques. Thin films of soluble conjugated polymers can be prepared by solution processing methods, while small molecules are quite often insoluble and typically deposited via vacuum sublimation. Both approaches yield amorphous or polycrystalline films with variable degree of disorder. "Wet" coating techniques require polymers to be dissolved in a volatile solvent, filtered and deposited onto a substrate. Common examples of solvent-based coating techniques are drop casting, spin-coating, doctor-blading, inkjet printing and screen printing. Spin-coating is a widely used technique for small area thin film production that results in a high material loss. The doctor-blade technique has a minimal material loss and was primarily developed for large area thin film production. Vacuum based thermal deposition of small molecules requires evaporation of molecules from a hot source. The molecules are then transported through vacuum onto a substrate. Condensation of these molecules on the substrate surface results in thin film formation. Wet coating techniques can be applied to small molecules but to a lesser extent depending on material solubility.

Characterization
Organic semiconductors differ from inorganic counterparts in many ways including optical, electronic, chemical and structural properties. In order to design and model the organic semiconductors, their optical properties like absorption and photoluminescence are required to be characterized. Optical characterization for this class of materials can be done using UV-VIS absorption spectrophotometers and photoluminescence spectrometers. Semiconductor film appearance and morphology can be studied with Atomic Force Microscopy (AFM) and Scanning Electron Microscopy (SEM). Electronic properties such as ionisation potential can be characterized by probing the electronic band structure with Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy (UPS). Charge-carrier transport properties of organic semiconductors can be studied by a number of techniques. For example, time-of-flight (TOF) and space charge limited current techniques are used to characterize "bulk" conduction properties of organic films. Organic Field Effect Transistor (OFET) characterization technique is probing "interfacial" properties of semiconductor films and allows to study the charge carrier mobility, transistor threshold voltage and other FET parameters. OFETs development can directly lead to novel device applications such as organic-based flexible circuits, printable Radio Frequency Identification tags (RFID) and active matrix backplanes for displays. Chemical composition and structure of organic semiconductors can be characterized by Infra-Red Spectroscopy, Secondary Ion mass Spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

Charge transport in disordered organic semiconductors (Hopping transport)
Charge transport in organic semiconductors is dependent on π-bonding orbitals and quantum mechanical wave-function overlap. In disordered organic semiconductors there is limited π-bonding overlapping between molecules and conduction of charge carriers (electrons or holes) is described by quantum mechanical tunnelling. Charge transport depends on the ability of the charge carriers to pass from one molecule to another. Due to the quantum mechanical tunnelling nature of the charge transport, and its subsequent dependence on a probability function, this transport process is commonly referred to as hopping transport. The charge carriers hopping from molecule to molecule are dependent upon the energy gap between HOMO and LUMO levels. Carrier mobility is reliant upon the abundance of similar energy levels for the electrons or holes to move to and hence will experience regions of faster and slower hopping. This can be affected by the temperature and also electric field across the system. A theoretical study has shown that in a low electric field the conductivity of organic semiconductor is proportional to T-1/4 and in a high electric field is proportional to e-(E/aT) , where a is a constant of the material.



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