Materiales móviles

Una simple lata de refresco podría pensarse que no es sino aluminio, pero nada más lejos de la realidad. Para el desarrollo de ese recipiente han sido necesarios muchos años de investigación en el campo de la ingeniería de materiales hasta lograr satisfacer las necesidades mecánicas y químicas –debe tener un alto grado de resistencia a la corrosión-. Y no es más que una lata. Las necesidades básicas en el desarrollo de la tecnología móvil son algo más complejas y se centran principalmente en tres aspectos:

• Miniaturización
• Reducción de peso
• Autonomía energética Estos

tres conceptos han ido de la mano de la telefonía celular desde su comienzo. De los toscos primeros modelos a los terminales modernos se han sucedido multitud de avances industriales bajo el amparo de la inclusión de nuevos materiales que, a menudo, pasan desapercibidos.

Materias primas En la fabricación de cualquier terminal intervienen multitud de materiales (¡aparece buena parte de la tabla periódica!) tanto orgánicos como inorgánicos. En la composición de un teléfono móvil los plásticos representan, aproximadamente, algo más de la mitad en peso. Los metales, en su mayoría cobre, suponen, más o menos, una cuarta parte y los más abundantes son el hierro, el níquel, el zinc, la plata y, como no, el silicio; aunque también hay presencia de rodio, paladio, plomo, berilio, cadmio, etc. Incluso el titanio ha tomado presencia en el mundo de la telefonía móvil. Los materiales cerámicos y los vidrios aportan entorno a la quinta parte del pesaje y, el resto, es una minoría de otros materiales como el cristal líquido o los pirorretardantes (sustancias químicas para aumentar la resistencia al calor).

Como se observa, más de la mitad de un móvil lo aporta la industria petroquímica, en forma de plásticos, principalmente sintéticos. Salvo modelos específicos que conservan una estructura metálica –véase por ejemplo el Nokia 8800-, la mayoría de los móviles tienen un esqueleto orgánico que debe guardar unas propiedades mecánicas específicas, lo que conlleva la utilización de determinados compuestos. De entre toda la jungla de acrónimos que conforma la familia de los plásticos –PET, PVC, PEAD, PP, etc.- el que más presencia toma en los teléfonos –estadísticamente hablando, puesto que depende del fabricante y del modelo- es el ABS-PC (acrilonitrila-butadieno-estireno/policarbonato), “aleación” plástica donde el PC aporta la resistencia y el ABS la flexibilidad y mantiene, así, unas propiedades mecánicas óptimas para el uso adecuado. Estos, además de suponer todo el armazón, también aparecen en prácticamente todas las partes, desde el recubrimiento de la pantalla y las teclas hasta la placa de circuitos integrados y algunos componentes electrónicos. Las cerámicas aparecen en los componentes electrónicos y los vidrios son parte necesaria en los visores de cristal líquido.

Los metales, por su parte, tienen papel protagonista, ya que buena parte de la electrónica está sustentada en la física del silicio. También el cobre está presente en casi todo el circuito impreso y, junto al acero, desempeña el rol más destacado. Sin embargo, hay otros metales que pasan desapercibidos pero cuya presencia es fundamental, especialmente en el campo de las telecomunicaciones, como es el caso del itrio, presente en la mayoría de los filtros de microondas. Pero, si hay algún metal en un móvil que sea tristemente célebre a pesar de su rareza, ese es el tántalo.

El oro del siglo XXI El tántalo es un elemento de la tabla periódica que se sitúa en la zona de los metales de transición. Entre sus características destacan su buena conducción térmica y eléctrica, su alto punto de fusión y su resistencia a la corrosión. Precisamente, cobra su nombre de esta última cualidad. Su uso se extiende en aplicaciones biosanitarias por esta causa y su presencia, en forma de aleación, está presente en aquellos sectores industriales que precisan de materiales con elevado punto de fusión. Aunque su empleo mayoritario se centra en la fabricación de condensadores, baterías y microprocesadores debido a su alta eficacia volumétrica y a su gran estabilidad térmica, toma especial relevancia en el ámbito de la electrónica móvil porque contribuye, de manera determinante, al proceso de miniaturización y de reducción de peso. Por consiguiente, resulta básico en absolutamente todos los teléfonos, ordenadores y consolas portátiles, receptores GPS y muchos ‘gadgets’ electrónicos más.

En la naturaleza el tántalo se encuentra en los minerales tantalita y euxenita principalmente. El primero, se haya en gran cantidad asociado a otro mineral denominado columbita. De sus nombres surge el término coltan. El crecimiento exponencial que ha sufrido la electrónica de consumo, y en particular la venta de teléfonos móviles, ha supuesto un crecimiento desorbitado del precio de este mineral. Aunque Australia es el principal productor, se estima que las reservas más importantes se sitúan en África, más concretamente en el Congo.

Ya hace unos años salió a la palestra la implicación del preciado mineral en los conflictos bélicos que asolan la zona y, en la actualidad, existen acuerdos para evitar su comercialización. Se han escrito líneas y líneas sobre este conflicto, que ha arrasado una incalculable cantidad de personas y hay incluso quien lo ha denominado oro rojo, en alusión a toda la sangre derramada por dicho metal.

Desafíos Hoy en día no se podría concebir un teléfono móvil sin display, así como muchos de los servicios de valor añadido que ofrece la telefonía celular. La representación de la imagen, en la primera mitad del siglo pasado, se desarrolló sobre la tecnología del tubo catódico, que exigía una profundidad similar a la diagonal de la pantalla fosfórica sobre la que incidían los electrones que disparaba el tubo; por lo tanto esta técnica nunca podría aplicarse a los dispositivos en movilidad. Para llegar a una pantalla que pudiera meterse en un bolsillo era necesario otro camino. Pero el desarrollo de la tecnología de cristal líquido se vio sometida a numerosos obstáculos.

Desde el descubrimiento de moléculas de cristal líquido hace más de un siglo -que con la movilidad característica de los fluidos mantenían comportamientos ordenados propios de los cristales- fueron necesarios más de treinta años hasta que la primera aplicación técnica fue patentada de la mano de la compañía Marconi. Después hubo que esperar hasta finales de los años sesenta para conocer una molécula con la estabilidad adecuada y el punto de trabajo en la temperatura correcta: la cianodifenil, la cual permitía el desarrollo de dispositivos prácticos. Hasta llegar aquí hubo que superar otras dificultades como la necesidad de encontrar un material conductor y transparente que pueda actuar sobre la superficie de la pantalla como electrodo y a la vez permitir el paso de luz.

En la actualidad, una película delgada de óxido de estaño dopado con indio (ITO) realiza este papel pero es precisamente la fragilidad de esta capa la que impide la flexibilidad de las pantallas. Por eso, otra tecnología sustituye poco a poco los LCD, la OLED (organic light-emitting diode). En efecto, en las pantallas conocidas como OLED los diodos orgánicos emisores de luz no tienen la necesidad de estar contenidos entre dos láminas planoparalelas de vidrio polarizado como las moléculas de cristal líquido, lo que en principio les daría cierta libertad para ser flexibles. Recientemente, la inclusión de la nanotecnología en el desarrollo de nuevos visores y, en especial, de los nanotubos de carbono ha permitido la creación de películas conductoras, transparentes y flexibles que, de ser rentables industrialmente hablando, podrían traer una revolución al mundo de las pantallas.

Requerimientos energéticos Pasando al tema de la energía, desde que la historia de la batería eléctrica moderna comenzase, con la invención de la pila de Volta allá en el año 1800, ha llovido mucho y las pilas de hoy en día no tienen nada que ver con aquellas columnas de discos metálicos separados por capas de cuero. Durante dos siglos se han inventado multitud de tipos de células energéticas, combinando buena parte de los metales conocidos con distinto éxito. Pero la presencia de las baterías en la telefonía móvil pasaba por tener una gran densidad energética, unos costes razonables y, sobre todo, ser recargables.

En 1983, Motorola presentó el que es considerado el primer móvil de la historia, el DynaTAC 8000X y, a pesar de sus 800 gramos, donde buena parte correspondería a la batería, su autonomía durante una llamada era sólo de una hora y en espera de ocho. Por suerte, la telefonía celular digital nació con los deberes hechos y, quitando alguna excepción que utilizaba baterías de níquel-cadmio, la mayoría de los primeros móviles ya conocían la tecnología níquel-metal-hidruro, disponible desde la primera mitad de los años 80. A pesar que las pilas de ión de litio comenzaron su andadura en la década pasada, tardaron algún tiempo en apoderarse de prácticamente todos los móviles que salen al mercado. Con ellas vino la despreocupación del efecto memoria y la libertad para cargarlos cuando quisieras. Pero la investigación continúa su avance y sólo hay que esperar para ver que nos depara.

Se especuló hace unos años con la introducción de células de alcohol como combustible que proporcionaría una autonomía cercana a un mes, con un ciclo limpio –sus únicos residuos serían vapor de agua y dióxido de carbono-, más barata y más ligera. Desgraciadamente, parece que el proyecto no verá la luz por la mala prensa que produce llevar algo volátil en el bolsillo. Una buena alternativa es la representada por las células de hidrógeno. Sin embargo, suele ocurrir que, cuando se comenta la intención de combinar O2 y H2 para formar agua, la gente se espanta ante el temor de que puedan explosionar como en algún conocido incidente de la industria aeroespacial. Pero la realidad es bien distinta, y una célula de hidrogeno combina oxígeno e hidrógeno en estado molecular –que no atómico- y saca un pequeño voltaje de esa reacción. Para volver a formar estos dos gases sólo sería necesario una conexión a la red. Simple, seguro y limpio, pero, todavía, una tecnología muy cara. Un futuro un poco más lejano obliga a especular, otra vez, con los nanotubos de carbono.

Recientemente, se ha apuntado la posibilidad de formar capacitores formados por cabellos de nanotubos a modo de electrodos, que alcanzarían unos niveles de concentración energética desorbitados y permitirían la fabricación de baterías cuya autonomía superase el tiempo de vida del producto, como ocurre con pequeños relojes y otros “cacharrillos” eléctricos cuya pila de botón puede durar años. La revolución producida por la ciencia de los materiales sólo está en unos de sus primeros estadios. Se ha llegado a un punto donde se comprende relativamente bien la física del estado sólido y permite el diseño de materiales a medida, donde prácticamente las únicas limitaciones son el coste y el tiempo. Nuevos tratamientos, nuevos compuestos o nuevas aplicaciones están por llegar, y cambiaran la concepción de las cosas. Un poco más lejano en el horizonte aparece toda la nanociencia, con extraordinarias propiedades y aplicaciones inimaginables. Pero todo avance tiene un precio y correr más que nadie no es siempre lo mejor, hay que ir con pies de plomo. No sólo los nuevos materiales pueden ser altamente contaminantes sino también los nuevos procesos industriales, faceta que le elimina al evaluar el impacto ecológico de un móvil. Se especula que las nanopartículas de carbono pueden llegar a atravesar la membrana celular de las neuronas, con posibles efectos no evaluables.

Por otro lado, las vidas humanas cobradas por el coltan así como la destrucción de ecosistemas donde residen especies protegidas son otro dato a tener en cuenta en la ecuación. Y por último, toda la basura tecnológica que se produce, con el agravante de una electrónica de consumo que cada día es más de usar y tirar. En ocasiones hay que preguntarse, ¿andamos hacia adelante o hacia atrás?