El Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) desarrolla nuevos materiales luminiscentes para producir iluminación de luz blanca. Ciro Falcony Guajardo del Departamento de Física y responsable de la investigación, compartió con Iluminet el trabajo que han realizado para la obtención de dichos materiales y los avances que hasta ahora ha conseguido con su equipo.
“A grandes rasgos trabajamos en materiales luminiscentes. Principalmente mediante técnicas novedosas de depósito y síntesis. Estamos enfocando sus aplicaciones para producir iluminación de luz blanca”, con ello se busca “una iluminación que sea eficiente, pero también ecológicamente sustentable”.
Falcony Guajardo, quien es doctor en Ciencias por la Universidad de Lehigh en los Estados Unidos, señaló que han desarrollado materiales “con base en una idea muy específica: utilizar recubrimientos de óxido metálicos, principalmente de aluminio y de itrio, que son la matriz; los impurificamos con tierras raras y con ellos obtenemos diferentes tonalidades de emisión de luz, de tal manera que controlando las condiciones de depósito y las características del material, podemos producir material que emite luz blanca bajo excitación de fotones para producir fotoluminiscencia y corriente eléctrica para electroluminiscencia”.
“Esos fueron los primeros resultados. Actualmente estamos trabajando en materiales compuestos, que son a base de micro y nano partículas, de materiales sintetizados en nuestro laboratorio que incorporamos dentro de una matriz que pueden ser un polímero o un óxido de metal. Tenemos más de diez años trabajando en el desarrollo de estos materiales y de los adelantos que hemos obtenido algunos ya han sido publicados a nivel internacional en revistas especializadas, otros han sido objeto de patentes”.
Respecto al contexto en que se realiza la investigación, Falcony Guajardo dijo: “no estamos descubriendo el hilo negro, es iluminación de estado sólido. En EU, el Departamento de Energía hizo un estudio sobre cuál sería el mercado potencial y desarrollo de la iluminación ambiental, en él encontraron que aproximadamente en unos 20 años más del 70% de la iluminación ambiental será con dispositivos de estado sólido. EU no es el único, es un fenómeno a nivel global y hay muchos desarrollos comerciales que todavía son deficientes, sin embargo, ya están en el mercado”.
“Hay iluminación de luz blanca que desafortunadamente tiene deficiencias, algunas no lo son en cuanto a ahorro de energía, pero sí en satisfacer las necesidades ambientales, son, digamos, incompletas”. Por ello, el equipo de investigación del Cinvestav está “ incidiendo en obtener materiales que iluminen de forma eficiente y con luz clara que pueda ser enfocada a necesidades específicas para iluminación ambiental o para cualquier aplicación que pueda tener la luz blanca con dispositivos de estado sólido”.
Con este objetivo, Ciro Falcony y su equipo de investigación actualmente están usando polímeros reciclados, en específico el poliestireno y el PET, que son de los más comunes en la basura. “Tomamos las botellas, las reciclamos, obtenemos el polímero nuevamente y lo incorporamos a un material compuesto en el que el polímero se usa como base o matriz en la que metemos partículas luminiscentes y podemos hacer una conversión de la luz que el dispositivo emite, por ejemplo, del ultravioleta cercano o luz negra o bien en el infrarrojo, otra aplicación que estamos desarrollando”.
“Lo que planteamos con estos materiales nuevos es utilizarlos como convertidores, capturar el infrarrojo emitido por el sol y trasladarlo a un rango de luz que sí sea absorbido y utilizado por celdas fotovoltaicas y nos permita ser más eficientes en la conversión de luz solar”. Sobre este trabajo con luz infrarroja, Ciro Falcony menciona que es un trabajo reciente e Iluminet el primer medio en darlo a conocer. “Esos son básicamente los adelantos, sobre todo este último material que con ustedes sería la primicia”.
Ante el cuestionamiento de si el trabajo realizado en el Departamento de Física del Cinvestav podría sustituir la tecnología de fósforo remoto, Falcony mencionó que “más bien complementaría y estaría dirigida a ampliar las expectativas de lo que se puede aprovechar”, ya que actualmente los LEDs blancos comerciales “utilizan un diodo que genera luz azul que con fósforo se convierte parcialmente en amarillo, pero mortecino”, debido a que “no hay un elemento de reflexión que lo soporte para poder ver el color rojo”.
La aproximación actual del mercado es incluir más de un LED en los dispositivos, o sea meter un LED rojo que compense, que pueda variar la tonalidad cambiando la intensidad del emisor. Es una aproximación comercial que se ha tomado a falta de otras, sin embargo, no es la más eficiente, ni la más práctica desde el punto de vista operativo.
En este sentido, los desarrollos tecnológicos realizados en el Cinvestav van encaminados a “encontrar una forma de convertir estos materiales con el mismo tipo de aproximación, es decri, un LED que emite y un convertidor de fósforo que pueda ser en forma de un recubrimiento”, donde sea posible tomar un fósforo y LED comerciales, recubrirlos con el material desarrollado y convertir la luz de LED en luz blanca, que, además, “puede modificarse casi a placer a una luz rojiza o adecuarla para actividades laborales con luz fría”, dependiendo del fósforo que se utiliza.
“Actualmente, uno tiene que trabajar pensando en que la luz no es utilizada sólo para ver un punto, sino que también es utilizada para dar calidad ambiental a los espacios iluminados”, por ello se debe trabajar de manera cuidadosa, ya que suele ocurrir que “la iluminación actual pierde la capacidad de iluminar en tono amarillo y se va convirtiendo en azul”.
Respecto a cómo surgió el trabajo y las posibles aplicaciones que ofrece éste, Falcony mencionó que “un buen día alguien nos preguntó si era posible desarrollar materiales para invernaderos, o sea plásticos recubiertos, estaba interesado en ver si podría ser modificado el recubrimiento para obtener características de mejor iluminación y de mayor durabilidad, eso motivó la inquietud por nuestra parte”.
“Pensamos que sí era posible porque la luz que aprovechan las plantas es muy específica, es un rango alrededor del rojo, se nos ocurrió la idea de hacer un material compuesto que tuviera polímeros y materiales luminiscentes de este tipo, que convierten la luz infrarroja en visible, que la planta puede utilizar para la fotosíntesis y que de esa forma fuera más eficiente en su proceso de crecimiento y de producción de frutos, empezamos por ahí y es una aplicación que está muy a la mano, no la hemos incursionado en mayor profundidad, sin embargo, fue la motivación inical para desarrollar este tipo de materiales, que pueden tener una aplicación bastante amplia.
Otro aspecto a destacar es la dinámica de trabajo con que se ha llevado a cabo el desarrollo de los recubrimientos, ya que se ha hecho con la participación de científicos de distintos universidades e instituciones. “Es un poco de relaciones interpersonales y otro de conveniencia de carácter científico”, donde se busca la complementación de técnica y equipos.
“Muchas veces tengo una técnica que algún otro colega no tiene, pero él tiene otra que yo no, así se empieza a interactuar y resulta que uno se va haciendo de amigos y se va haciendo de redes de trabajo”. Entre los colaboradores está un equipo de espectroscopia del Instituto de Física de la UNAM dirigido por el doctor Héctor Murrieta, también investigadores de la UAM, el CICATA del Instituto Politécnico y de la Universidad Tecnológica de la Mixteca en Oaxaca. También “hay gente que estuvo ligada a mí como estudiante de posgrado y actualmente están en otras instituciones”.
“Es gente muy ingeniosa y valiosa que está trabajando con la idea de contribuir en diversos aspectos que sean útiles para nuestra comunidad, ese es el espíritu que estamos siguiendo: aportar al sustento ecológico con el reciclado y uso de materiales poliméricos y el aprovechamiento de la energía”.
Ciro Falcony hizo énfasis en que el trabajo de los mexicanos que encabeza el Cinvestav está “al tú por tú con muchas otras industrias, compañías y universidades en el mundo que están trabajando en la misma línea, estamos matando a dos pájaros de un mismo tiro, le pegamos a un problema de interés global, pero también le pegamos a intereses locales que nos justifican con quien paga los impuestos para que nosotros estemos aquí ‘jugando’ con estas cosas”, concluyó.
Fantástica noticia, sin duda, la tecnología LED está en un gran momento.
Muchas felicidades al Centro de Investigación y de Estudios Avanzados , es un gran trabajo el que estan desarrollando y merece todo el reconocimiento. Excelente documento el presentado.