28.10.2021 - Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt)

Ver el mundo con otros ojos

Una cámara IR completa en un chip

La luz infrarroja de onda corta (SWIR) es útil para muchas cosas: Ayuda a clasificar la fruta dañada y a inspeccionar los chips de silicio, y permite crear dispositivos de visión nocturna con imágenes nítidas. Pero las cámaras SWIR se han basado hasta ahora en costosos componentes electrónicos. Investigadores de Empa, EPFL, ETH Zúrich y la Universidad de Siena han desarrollado ahora una pantalla SWIR formada por sólo ocho finas capas sobre una superficie de vidrio. Esto podría convertir las cámaras IR en objetos cotidianos de gran utilidad.

La luz infrarroja (IR) es invisible para los humanos. Sin embargo, algunos animales, como las serpientes de cascabel o los murciélagos chupasangre, pueden percibir la radiación IR y utilizarla para encontrar comida. Pero incluso para los humanos, la capacidad de ver en la gama de infrarrojos de onda corta (SWIR) sería a veces útil. Sólo con la ayuda de la luz de las estrellas se podría ver con bastante nitidez por la noche. Los mecánicos podrían ver de un vistazo el calor de una punta de soldadura. Y los fruteros podrían detectar los productos dañados incluso antes de que comience el proceso de putrefacción.

Pero la luz IR tiene un "problema": Es más débil que la luz visible y que la luz ultravioleta, al otro lado del espectro luminoso. Así, mientras que la luz ultravioleta hace que las camisas blancas y los dientes de las bailarinas brillen de forma azulada en una discoteca -sólo hace falta un colorante fluorescente en el detergente-, la luz infrarroja es difícil de hacer visible para el ojo humano. Esto se debe a que los colorantes pueden convertir la luz de alta energía directamente en luz de baja energía, pero no al revés.

Una cámara de infrarrojos completa en un chip

Las cámaras de infrarrojos requieren una sofisticada electrónica para captar la luz infrarroja, un amplificador electrónico y, por último, una pantalla para mostrar la imagen generada artificialmente. Esto es caro. Las cámaras SWIR estándar actuales para uso industrial cuestan unos 7.000 francos suizos.

Los investigadores de Empa Roland Hany, Karen Strassel, Wei-Hsu y Michael Bauer han conseguido ahora capturar la luz SWIR -y hacerla visible- con un solo componente. El dispositivo desarrollado en Empa es básicamente una pantalla OLED con tres capas adicionales. La luz infrarroja cae a través de un cristal conductor de la electricidad sobre una capa de colorante en un fotodetector. En ella, los electrones comienzan a migrar y su movimiento se amplifica con una tensión eléctrica. Las cargas eléctricas migran entonces a la capa OLED, donde producen un punto de luz verde. No es necesario que un ordenador procese la señal electrónica: La luz SWIR entrante (invisible) se amplifica de forma "analógica", por así decirlo, y se muestra directamente en la pantalla. El color de la luz visible emitida -azul, verde, amarillo o rojo- puede ajustarse seleccionando el colorante en el OLED.

Útil para la visión nocturna - y para clasificar las judías

La luz SWIR es útil para muchas aplicaciones en la industria alimentaria, la logística o la artesanía. Por ejemplo, se puede visualizar la temperatura de las puntas de soldadura o controlar el enfriamiento de tarros y botellas recién fabricados. La luz SWIR hace que los objetos húmedos parezcan más oscuros, lo que resulta útil para clasificar los granos de café o las aceitunas negras: Las piedras y los objetos metálicos como impurezas brillan entre todos los frutos oscuros (húmedos) de una cinta transportadora.

La clave de la pantalla SWIR de Roland Hany son unos tintes especiales que él y sus colegas llevan investigando desde hace tiempo, los denominados cuadrados. El nombre proviene de la estructura básica de la molécula química, el ácido cuadrático. Esta clase de tintes se descubrió por primera vez en la década de 1960 y se caracteriza por sus colores intensos y su estabilidad a altas temperaturas. Los investigadores modificaron químicamente el ácido cuadrático para que absorbiera en el rango de la luz SWIR. "Ahora mismo, estamos trabajando con tintes que absorben a poco menos de 1000 nanómetros", dice Hany. "Pero ya estamos trabajando para cambiar la absorción a longitudes de onda más largas, más en el rango IR. Si lo conseguimos, nuestro sensor podrá detectar el agua y la humedad mucho mejor que ahora".

En busca de un socio industrial

A Hany le gusta llamar al módulo que ha desarrollado con su grupo OUC, o dispositivo orgánico de conversión ascendente. Esto se debe a que convierte la débil luz infrarroja en luz visible más potente ("upconversion") y funciona mediante el uso de finas capas de tinte fabricadas con química basada en el carbono ("orgánica"). Uno de los problemas es que los conocimientos técnicos para fabricar dispositivos optoelectrónicos orgánicos a escala industrial se encuentran principalmente en Asia. Hany confía, sin embargo, en que su descubrimiento se haga realidad pronto: "Ahora mismo estamos trabajando para aumentar la sensibilidad del módulo y mejorar su estabilidad a largo plazo".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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