El indio, un elemento revalorizado

De número atómico 49 y un peso atómico de 114,818, el indio está situado en el grupo 13 de la tabla periódica de los elementos. Parecido al zinc, es maleable, fácilmente fundible, con una dureza Mohs de 1,2 y con una estructura cristalina tetragonal. Además, se obtiene mediante la electrólisis de la solución acuosa de sus sales. En la actualidad, el país mayor productor de indio es China.

En cualquier manual de química y en Internet el lector puede obtener la lista completa de propiedades del metal indio: atómicas, físicas y otras características como la conductividad eléctrica o la electronegatividad. El mineral más importante en la minería del indio es el SZn, blenda o esfalerita, que se presenta en mezcla isomorfa con indio. El repentino éxito industrial no es exactamente del indio, sino del óxido de indio y estaño, es decir, de la mezcla de óxido de indio (In2O3) y óxido de estaño (SnO2), formado típicamente en un 90 por ciento de In2O3, y en un 10 de SnO2 en peso. En inglés, a esta mezcla se le llama ITO (Indium Tin Oxide), y es transparente e incoloro (en capa fina). Como cualidad más importante, destaca la propiedad combinada de conductividad eléctrica y transparencia óptica, tan útil para los electrodos de las pantallas de cristal líquido LCD.

Hoy día, hay una infinidad de objetos de todos los tamaños con pantalla plana LCD, desde relojes, receptores GPS, el móvil, y las grandes pantallas de televisión. La demanda de ITO supera la oferta y de ahí el incremento de su precio. El indio tiene muchas aplicaciones como la fabricación de semiconductores y células fotovoltaicas, pero, sin duda, la partida más importante de demanda de indio es la pantalla plana LCD.

Al fabricar la película delgada con ITO, se logra un compromiso, porque la alta concentración de electrones incrementa la conductividad, pero disminuye la transparencia.

El Liquid Cristal Display (LCD) es un dispositivo inventado por Jack Janning, de NRC. Es una presentación digital de cristales líquidos que cambian la reflectividad cuando se aplica un potencial eléctrico. En un líquido las moléculas están desordenadas y sin posiciones fijas, mientras que en un sólido las moléculas se encuentran rígidamente pegadas unas a otras. Al menos en la mayoría de sólidos existe alguna estructura regular, algún patrón en el que se encuentran ordenadas. El término cristal se refiere a materiales que tienen esa clase de estructura ordenada.

El cristal líquido se distingue de los líquidos ordinarios en la forma de sus moléculas: son largas y alargadas. En cada píxel LCD hay dos capas-electrodo, de indio, conductoras eléctricamente y transparentes; en medio hay cristales líquidos, con capacidad para desviar la luz a su paso.

En una pantalla alfanumérica, cuando la corriente circula entre los electrodos de indio transparentes, los cristales se reorientan alterando la transparencia.

El cristal líquido es el material base de un LCD, exhibe un comportamiento similar al de los líquidos y unas propiedades físicas anisótropas, similares a los sólidos cristalinos.Las moléculas del cristal poseen forma alargada, y son más o menos paralelas entre sí en la fase cristalina.

Los cristales, según la disposición molecular y su ordenamiento, se clasifican en: nemáticos, esméticos y colestéricos. La mayoría de los cristales reaccionan ante los campos eléctricos, exhibiendo distintas propiedades ópticas, en presencia o ausencia de campo.

El cristal más usado como visualizador LCD es el denominado “nemático de torsión”, y sus moléculas en su estado desactivado presentan la forma espiral. El cristal comparte las propiedades de sólidos y líquidos a la vez.

Los nemáticos son moléculas polarizables, con forma de bastón, de alrededor de 20 angstroms(10-9 m) de longitud. En ellos las moléculas están paralelas, pero no forman capas, pueden girar y rotar.

La disposición de las moléculas solo es orientada en una dirección, pero se pueden mover en las tres direcciones.

Una pantalla LCD está formada por dos filtros polarizados, colocados perpendicularmente, de manera que al aplicar un potencial eléctrico al segundo de ellos, dejaremos pasar, o no, la luz. Para conseguir el color hace falta aplicar tres filtros más, para cada uno de los colores básicos rojo, verde y azul. Para la reproducción de las tonalidades de color se deben aplicar diferentes niveles de brillo intermedios entre luz y no luz, lo cual se consigue con variaciones en el voltaje aplicado a los filtros. Estos cristales son los que más se asemejan a los líquidos.

El bloque de cristales líquidos nemáticos se encuentra alineado entre dos electrodos de indio transparentes y dos filtros polarizadores. Los ejes de transmisión de estos filtros son perpendiculares entre sí. Si no hay cristales líquidos entre los filtros, la luz que ha atravesado el primer filtro quedará bloqueada en el segundo filtro polarizador.

La superficie de los electrodos de indio, que está en contacto con los cristales líquidos, está tratada de modo que alinea a las moléculas del cristal en una dirección particular.

Antes de aplicar un potencial eléctrico, la orientación de las moléculas del cristal está determinada por el alineamiento de la superficie del electrodo. Si el cristal es el nemático retorcido, que es lo más común, la alineación de los dos electrodos es perpendicular entre sí, y las moléculas del cristal adoptan una estructura helicoidal retorcida.

El material del cristal líquido es birrefringente. La luz que pasa a través de un filtro polarizador es rotada por el cristal líquido helicoidal, y permite que pase a través del segundo filtro polarizador. La mitad de la luz incidente es absorbida por el primer filtro. La célula LCD sin tensión muestra color blanco.

Cuando se aplica un voltaje a los electrodos, el par de torsión alinea a las moléculas del cristal líquido en paralelo con el campo eléctrico, y distorsiona la estructura helicoidal. Ocurre una rotación limitada de la polarización de la luz incidente, y la célula LCD muestra color gris.

Si el potencial aplicado es intenso, las moléculas de cristal líquido se alinean, dejan su postura retorcida, y la luz incidente no experimenta rotación al atravesar los cristales líquidos. Por tanto, la luz incidente está polarizada perpendicularmente respecto del segundo filtro. Este bloquea la luz y la célula LCD muestra negro.

Con la variación del potencial aplicado se logran diversos niveles de gris.

Referencias

Belger, A.Shift to large LCD TVs over plasma. Ed. MSNBC. November 2006.

Evelyn, H. The electroluminiscent Light Sabre. Nanotechnology News Archive Azonano. June 2,2005.

Mollfuleda, Joaquim.Minerales de España Carroggio, 1999.

Pardillo, F.Tratado de mineralogía Ed.Gustavo Gili.1947.