El profesor de química Goeffrey Ozin, quien dirigió el nuevo estudio, explica que, "para obtener cambios de color que recorren todo el camino que va desde el UV hasta el casi infrarrojo, lo único que hago con este único material es modificar el voltaje. Es el único material del planeta que puede hacerlo".
Los dispositivos de lectura tales como el Amazon Kindle, el Sony Reader y el lector nuevo de Plastic Logic utilizan papel electrónico blanco y negro de E-Ink de Boston. El papel-e refleja la luz en vez de emitirla, lo que hace que consuma menos energía y que sea más fácil leerlo a plena luz del día. Se espera que los visualizadores que utilizan una versión en color de la tecnología de E-Ink lleguen al mercado en los próximos años, pero sus píxeles se dividirán en tres sub-pixeles, con filtros azules, verdes y rojos. La luz de los sub-pixeles se mezla en intensidades variadas para producir los distintos colores."Eso significa que sólo tienes un tercio del área (del píxel) que se ve en rojo. Por lo tanto, reduces el brillo por un factor no lejano a tres", comenta Jaques Angele, el cofundador de una empresa francesa de papel-e llamada Nemoptic.
La nueva ventaja de la tecnología nueva es que el cristal fotónico del cual consiste cada píxel puede afinarse para emitir distintos colores. "En principio, deben lograr un buen brillo más similar al del papel impreso, en comparación con la tecnología de papel-e actual", comenta Angele. Aumentar la velocidad con que el material cambia de color lo acerca un paso más a las aplicaciones prácticas.
Los investigadores de Toronto informaron de la versión nueva del material en un artículo online de AngewandteChemie. Además de cambiar los colores más rápidamente, el material cubre un espectro mucho más amplio de colores.
Opalux, la startup ubicada en Toronto que inició la comercialización de la tecnología, ya está utilizando el nuevo material para hacer visualizadores que cambian de color. Actualmente, el visualizador se hace de vidrio, pero se podría hacer con materiales más flexibles, agrega Andre Arsenault, coautor del artículo y cofundador de Opalux.
Un cristal fotónico es una nano-estructura con un diseño regular que influye en el movimiento de los fotones. Al cambiar la estructura ligeramente, puedes cambiar el color de la luz que refleja el cristal. Antes, los investigadores canadienses hacían los cristales fotónicos utilizando conjuntos de cientos de nano-esferas de sílice alojadas en un polímero. Introdujeron estos conjuntos junto con un electrolito (un material que conduce iones) entre dos electrodos transparentes fijados a vidrio. Cuando se aplican distintos voltajes, el electrolito entra y sale del polímero, que se hincha y se deshincha, alte ando la distancia entre las nano-esferas. Esto cambia la longitud de onda de la luz reflejada.
nEl cambio crucial en el material nuevo es que no contiene sílice. Los investigadores disolvieron las nanoesferas utilizando una solución ácida. Esto resulta en una estructura de polímero porosa semejante a una red, que ahora actúa como el cristal fotónico. Los investigadores llenan los poros con el electrolito y ubican el material entre los electrodos.
El electrolito ahora está en contacto directo con una porción mucho más grande del área de la superficie del polímero, así que entra y sale del polímero más rápidamente y de modo más uniforme, acelerando el cambio de color y aumentando la gama de colores posibles. Arsenault explica que, "cuando el polímero activo se llena de las esferas de sílice, no queda espacio vacío disponible para que entre y salga el electrolito. Así que para llegar a la parte inferior de la estructura, tiene que esparcirse desde arriba hasta abajo, lo que puede ser un recorrido largo".
El nuevo material alcanzó la velocidad del visualizador de E Ink. Según Arsenault, los píxeles de cristal fotónico pueden cambiar de color en alrededor de una décima de segundo. Por el contrario, Angele dice que los píxeles de E Ink tardan alrededor de una quinta parte de un segundo. (Pero Angele agrega que los visualizadores de Nemoptic, que utilizan un material llamado cristales líquidos nemáticos, cambian de color en una centésima de segundo.)
Angele dice que una de las desventajas del método de los cristales fotónicos podría ser que depende del flujo del electrolito que responde a la electricidad. Este ciclo electroquímico es similar al que se utiliza en baterías recargables. "Así que puede enfrentarse a los mismos problemas que las baterías recargables, donde la eficiencia decrece después de una cantidad de ciclos", explica Angele. Para crear un visualizador práctico, los investigadores de Toronto tendrán que asegurarse de que el dispositivo pueda durar miles de ciclos. Tal vez también sea un desafío controlar con precisión la cantidad de electrolito que infunde el polímero para llegar a un color específico, añade Angele.
Existen otros obstáculos que hay que vencer. Los píxeles cambian fácilmente desde colores de longitudes de ondas más cortas a los que tienen longitudes de ondas más largas (del azul al verde al rojo) pero al cambiar colores en sentido inverso las cosas se ponen más lentas. Los píxeles también necesitan tener más contraste de color. Los investigadores esperan mejorar el material agregando nanopartículas al polímero.