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Con la edad de la bombilla incandescente desvaneciéndose rápidamente, el santo grial de la industria de la iluminación es el desarrollo de una forma muy eficiente de iluminación de estado sólido que produzca luz blanca de alta calidad.

Una de las pocas tecnologías alternativas que producen luz blanca pura son los puntos cuánticos. Estos son ultrapequeñas perlas fluorescentes de seleniuro de cadmio que pueden convertir la luz azul producida por un LED en una luz blanca cálida con un espectro similar al de la luz incandescente. (Por el contrario, los tubos fluorescentes compactos y la mayoría de los LEDs de luz blanca emiten una combinación de colores monocromáticos que simulan la luz blanca).

Hace siete años, cuando de luz blanca de los puntos cuánticos fueron descubiertos accidentalmente en un laboratorio de química de Vanderbilt, su eficiencia era demasiado baja para aplicaciones comerciales y varios expertos predijeron que sería imposible elevarla a niveles prácticos. Hoy, sin embargo, investigadores de Vanderbilt han demostrado que esas predicciones equivocadas al informar que se ha logrado incrementar la eficiencia de fluorescencia de estos nanocristales a partir de un nivel inicial de tres por ciento hasta un máximo de 45 por ciento.

Posibles aplicaciones comerciales

«Cuarenta y cinco por ciento es tan alta como la eficiencia de algunos fósforos comerciales lo que sugiere que los puntos cuánticos de luz blanca se pueden utilizar ahora en algunas aplicaciones de iluminación especiales», dijo Sandra Rosenthal, Jack y Pamela Egan, quien dirigió la  investigación que se describe en línea en el Journal of the American Chemical Society. «El hecho de que hemos impulsado con éxito su eficacia en más de 10 veces también significa que debe ser posible mejorar su eficiencia aún más.»

La medida general para la eficiencia global de los dispositivos de iluminación se llama eficiencia luminosa y  mide la cantidad de luz visible (lúmenes) que un dispositivo produce por vatio. Una bombilla incandescente produce alrededor de 15 lúmenes por vatio, mientras que unos tubos fluorescentes dan alrededor de 100 lúmenes por vatio. Los  LED de luz anca blen la actualidad en el mercado van de 28 a 93 lúmenes por vatio.

«Calculamos que si se combinan los puntos cuánticos con la mejora de la radiación ultravioleta más eficiente de LED, el dispositivo híbrido tendría una eficiencia luminosa de alrededor de 40 lúmenes por vatio,»  afirmó James McBride, profesor asistente de investigación de  química que ha estado involucrado en la investigación desde su creación. «Hay mucho espacio para mejorar la eficiencia de los LEDs UV y las mejoras se traducen directamente en una mayor eficiencia en el híbrido.»

Un descubrimiento accidental

Los puntos cuánticos fueron descubiertos en 1980. Son gotas de material semiconductor – el material del que están hechos los transistores – que son tan pequeños que tienen propiedades electrónicas, intermedias entre las de semiconductores y las moléculas individuales. Una de sus propiedades útiles es la fluorescencia que produce colores distintos determinados por el tamaño de las partículas. Cuando el tamaño de los nanocristales se contrae, la luz que emiten  cambia de rojo a azul. El descubrimiento de Vanderbilt fue ultrapequeños puntos cuánticos, que contiene sólo 60 a 70 átomos,  que emiten blanco en lugar de la luz monocromática.

«Estos puntos cuánticos son tan pequeñas que casi todos los átomos están en la superficie, por lo que la emisión de luz blanca es intrínsecamente un fenómeno de superficie», dijo Rosenthal.

Uno de los primeros métodos utilizados en el intento de iluminar los nanocristales es «bombardeo» – cultivo  de una cáscara alrededor de ellos hecha de un material diferente, como sulfuro de cinc. Por desgracia,  el encapsulado extingue el efecto de la luz blanca y los puntos cuánticos producen sólo color claro.

Químicos siguiendo el olfato

A raíz de una iniciativa de algunas investigaciones llevadas a cabo en la Universidad de Carolina del Norte, los investigadores decidieron ver si el tratamiento de los puntos cuánticos con sales de metales tienen un efecto de iluminación. Se dieron cuenta de que algunas de las sales parecían producir una pequeña – mejora, pero perceptible – 10 a 20 por ciento.

«Eran las sales de acetato y que olían un poco como el ácido acético», dijo McBride. «Sabíamos que el ácido acético se une a los puntos cuánticos, así que decidimos darle una oportunidad.»

La decisión de seguir a su nariz resultó ser afortunada. El tratamiento con ácido acético llevaba la eficiencia de los puntos cuánticos fluorescentes de ocho por ciento al 20 por ciento!

El ácido acético es un miembro de la familia del ácido carbocíclico. Así, los investigadores trataron a los demás miembros de la familia. Ellos encontraron que el miembro más simple y más ácido – ácido fórmico, el producto químico que las hormigas utilizan para marcar sus caminos – trabajó mejor, empujando a la eficiencia hasta un 45 por ciento.

La mejora del brillo ha  un efecto secundario inesperado. Cambió el pico del espectro de color de los puntos cuánticos poco en el azul. Esto es irónico, porque la principal queja de los LEDs de luz blanca es que la luz que producen tiene un tinte azul desagradable. Sin embargo, los investigadores sostienen que ellos saben cómo corregir el balance de color de la luz generada.

El siguiente paso de los investigadores  es probar diferentes métodos para encapsular los puntos cuánticos mejorados .

Fuente: EurekAlert!