1

Materiais nos teléfonos móviles

ADRIÁN CASAS MACEIRAS

CIENCIA DE MATERIAIS

3º GRADO INGENIERÍA QUÍMICA

ÍNDICE

1 Elementos dun teléfono. 3

2 Materiais . 4

2.1 Coltán. 4

2.2 ITO. 5

2.3 Grafeno e siliceno. 8

2.4 Gorilla Glass. 9

2.5 Láminas de silicona. 10

3. Conclusión. 10

4. Bibliografía. 11

2

1. Elementos presentes nun teléfono.

Os móbiles convertéronse rapidamente no noso compañeiro de vida e día a día a nosa dependencia a estes aparatos é maior. Pero... de que está feito un móbil?

Fonte imaxe: www.eurekamovil.es/blog/index.php/2012/11/27/de-que-esta-hecho-un-telefono-movil/

A carcasa dun teléfono móbil adoita estar composta de polímeros, é dicir, materiais sintéticos e lixeiros, habitualmente policarbonatos derivados do petróleo que poden ser duros ou brandos, semitransparentes ou opacos. Conforme foi avanzando a tecnoloxía, tamén se foi o uso destes materiais. O iPhone 4, por exemplo, encóntrase entre dous paneis brillantes de vidro de aluminio, o mesmo material que se utiliza nos parabrisas dos helicópteros e nos trens de alta velocidade. Está reforzado quimicamente para ser 20 veces máis ríxido e 30 veces máis duro que o plástico, é moi duradeiro e máis resistente aos rabuños, ademais é reciclable.En canto ás pantallas adoitan ser LCD. Están feitas de pequenas partículas de cristal líquido que coa aplicación dunha corrente eléctrica deixan pasar a luz dunha lámpada que está detrás. Os datos son enviados dende o procesador por medio do porto de vídeo aos circuítos da pantalla LCD. O dispositivo conta cun microprocesador encargado de determinar a posición de cada pixel. Unha pantalla LCD conta con 2 placas de vidro, unha delas esta iluminada da parte traseira por unha luz intensa procedente de lámpadas CCFL (Cold-Cathode Fluorescent Lamps / Lámpadas fluorescentes de cátodo frío), o que permite o brillo na pantalla. Unha vez que se determina o pixel a colorear, a cela conta con 3 substancias propensas a recibir corrente e colorearse dalgunha cor básica (verde, vermello e azul) por medio de polarización. A corrente que lle chega a cada pixel determina a saturación para cada cor e así xérase a gama de cores. Este tipo de pantallas consumen moi pouca enerxía.

Agora as pantallas predominantes son as pantallas táctiles, que consisten nun cristal transparente onde se sitúa unha lámina que permite ao usuario interactuar directamente sobre esta superficie. Destas existen dous tipos: capacitativas e resistivas. As pantallas

3

capacitativas son as que se manexan mediante os dedos e poden detectar varias pulsacións ou xestos á vez. As resistivas son moito máis lentas e menos intuitivas, pero infinitamente máis resistentes.No interior do teléfono encontramos varios materiais que, xeralmente, adoitan ser os seguintes: magnesio para a antena; coltán para fabricar os condensadores que controlan o fluxo eléctrico; fibra de vidro para as placas dos

circuitos; silicio para fabricar os chips que realizan as principais funcións; e metais preciosos como ouro (o mellor condutor), prata, platino, paladio e cobre. En canto ás baterías, as que se fabrican baseándose en ións de litio son as baterías máis recentes no mercado dos teléfonos móbiles e as únicas que na actualidade se utilizan. O futuro das baterías poderá pasar polo uso de polímeros, ou de micro-células de metanol que aumentarían a capacidade das baterías en ao redor de 50 veces. Por outro lado, algunhas entidades están a desenvolver chips capaces de diminuír considerablemente as necesidades de enerxía dos teléfonos móbiles.A grandes trazos, isto é un teléfono. Pero a continuación afondarase un pouco máis nalgúns aspectos dos materiais que compoñen un teléfono móbil.

2. Materiais usados nun teléfono

2.1 Coltán

A columbita-tantalita -abreviada como coltán - é un mineral óxido. A columbita está composta por óxidos de niobio, ferro e manganeso e a tantalita está composta por óxido de tántalo, ferro e manganeso en calquera proporción. Estes óxidos constitúen unha solución sólida en ambos os dous minerais. Son escasos na natureza e dan un claro exemplo de materiais que pasaron de ser considerados simples curiosidades mineralóxicas a estratéxicos para o avance tecnolóxico debido ás súas novas aplicacións extráese da minas da zona ou rochas similares.O principal produtor de coltán é a República Democrática do Congo con preto do 80% das reservas mundiais estimadas, se ben existen menores reservas probadas ou en explotación en Brasil co 10% das reservas, Serra Leoa co 5% das reservas, e un 5% arredor do resto do mundo. Segundo informes de axencias internacionais de prensa, a exportación de coltan axudou a financiar varios bandos da Segunda Guerra do Congo, un conflito que resultou cun balance aproximado de máis de 6 millóns de mortos, como tamén serviu a algunhas guerrillas colombianas onde existe o mesmo problema. Ruanda

4

Fonte imaxe : http://www.muymovil.com/2010/10/09/se-despieza-un-nokia-n8

e Uganda están actualmente a exportar coltan roubado do Congo a occidente (principalmente aos Estados Unidos), onde se utiliza case exclusivamente na fabricación de condensadores electrolíticos de tántalo. É utilizado en case a totalidade de dispositivos electrónicos.Trátase dun recurso estratéxico utilizado na fabricación dalgúns compoñentes electrónicos. O tántalo úsase principalmente na elaboración de condensadores. O condensador electrolítico de tántalo é na actualidade un tipo bastante común de condensador presente en gran cantidade de dispositivos electrónicos. Non obstante, o seu uso está en gran decadencia debido a que moitas das características que xustificaban as súas aplicacións foron igualadas ou superadas por outras tecnoloxías máis baratas, como os condensadores cerámicos ou os condensadores electrolíticos sólidos de aluminio. O mito estendido sobre a esaxerada importancia do coltán para a industria electrónica adoita centrarse na suposta necesidade deste mineral para fabricar os máis modernos equipos electrónicos de consumo, citando xeralmente teléfonos móbiles, ordenadores ou gadgetssimilares. A realidade non obstante é que cada día é máis raro encontrar condensadores de tántalo nestes equipos debido principalmente á dispoñibilidade de alternativas equiparables ou mellores a un custo significativamente menor e a pesar de ser de reducido tamaño son moito máis grandes que os modelos cerámicos de características equivalentes.

2.2 ITO

O ITO é unha solución sólida de óxido de Indio e óxido de Estaño, nun 90%-10% en peso respectivamente. É un material transparente como película delgada, pero en forma masiva ten unha cor amarelo-gris. O seu punto de fusión é entre 1526 e 1926ºC e ten un gap de 4 eV. A súa transparencia e condutividade eléctrica, convertérono nun dos materiais máis utilizados na tecnoloxía das películas condutoras transparentes (TCF), enmodulos de electrónica, óptica, enerxía renovable e moitas máis. O ITO obtense a través do óxido de indio dopado con estaño, polo que a existencia deste último éprimordial.

Fonte imaxe : http://www.lesker.com/newweb/deposition_materials/jpg/photo/Photo-MA-EVMITO40.jpg

5

Os óxidos condutores transparentes (TCO) utilízanse como películas delgadas para o recubrimento de dispositivos optoelectrónicos, actuando como ventá transparente, xa que absorbe pequena fracción da luz visible (transmitancia 80%), pero pode conducir corrente eléctrica (condutividade >103 -1 cm-1).A escaseza do In, combinada coa gran demanda pola industria, subiu moito o prezo da súa fabricación, resultando na investigación sobre posibles materiais para substituílo. Un do os candidatos máis potentes son os recubrimentos de nanotubos de carbono (CNT) ou de grafeno, os cales, á parte de alta transmitancia e conductivdad, ofrecen flexibilidade, algo que falta ao ITO. Outras alternativas como TCO, son os óxidos de cinc, dopados con aluminio, galio e indio. Tamén se enfoca a investigación en polímeros condutivos, para algunhas aplicacións de ITO. Non obstante, algunhas vantaxes do ITO en fronte dos devanditos candidatos son a alta resistencia á humidade e a súa habilidade de ser "gravado" en patróns con alta precisión, debido á súa baixa sensibilidade aos ácidos. A maioría das aplicacións que usan o ITO, son aplicacións optoelectrónicas, como pantallas LCD, planas, de plasma, así como pantallas táctiles, as cales se utilizan en dispositivos da vida cotiá, como smartphones e tablets. Na seguinte imágen, obsérvase a estrutura típica dunha pantalla táctil.

Fonte imaxe: http://blogs.creamoselfuturo.com/nano-tecnologia/2013/06/25/oxido-de-indio-y-estano-o-ito/

Tamén se utiliza en células solares, como substrato superior, permitindo á luz visible chegar ata o dispositivo, pero encargado do transporte da corrente.

Fonte imaxe : http://blog.is-arquitectura.es/blog/wp-content/uploads/2012/12/estructura-celda-solar-PlaCSH.jpeg

6

Un novo intento de aumentar a flexibilidade do ITO e incorporalo en pantallas táctiles flexíbles, foi realizado por Brown University, utilizando nanocristais de ITO, para fabricar unha película delgada de grosor de 146 nanómetros, presentando unha transmitancia de 93%. Facendo probas experimentais, conseguiron controlar o grosor da película, controlando o tamaño dos nanocristais, así modificando a transparencia e a condutividade desta.Como vimos, o ITO é o material dominante no módulo dos substratos condutores transparentes e xunto co óxido do indio, se aplican en diversos dispositivos de tecnoloxías emerxentes, así como en dispositivos da nosa vida cotiá.A problemática do ITO é que se remata e xorde a necesidade de buscar alternativas.As pantallas dos iPhone están recubertas dunha lámina transparente fabricada de indio. O indio, como xa se explicou, emprégase para formar películas delgadas que serven como películas lubricantes entre outros usos. Esta lámina dálle ao iPhone o seu tacto característico e a posibilidade de captar o contacto dun dedo. Durante a próxima década, este compoñente podería verse esgotado mundialmente e entón, que pasa coas pantallas táctiles?O ITO cada vez estase a volver máis caro debida á súa, cada vez maior, escaseza mundial. En só un ano, entre 2010 e 2011, o prezo do ITO aumentou nun 25%, o cal indica unha tendencia desorbitada ao aumento. Pero claro, o problema non é estritamente o feito de que suba o prezo senón que isto soamente é unha consecuencia de algo peor: este material estase a esgotar. Tan importante é posto que en tan só unha década podería esgotarse por completo e, cales serían as consecuencias?Por un lado xorde a necesidade "imperiosa" de encontrar algún material alternativo para poder continuar coa fabricación, comercialización e consumo de dispositivos que requiren deste material. Entón, primeiro punto de obxectivo: encontrar un material que substitúa o ITO.Ademais, débese ter en conta que existe unha previsión de aproximadamente dez anos de duración do material en cuestión, logo entón, existe un estrito prazo máximo marcado: dez anos máximo.Se se une todo isto con que as novas tecnoloxías chegan practicamente a diario, hai que ter en conta que non se pode solucionar un problema de entre cero e dez anos coas ideas de hoxe (segundo punto). No futuro próximo chegarán as pantallas flexibles e a tecnoloxía 3D debería de seguir crecendo. Esta é a tendencia actual, pero, que pasará nestes dez anos? Aquí é onde aparece un terceiro punto a ter en conta: adaptación ás novas tecnoloxías.Feita a formulación só queda organizalo correctamente. É certo e importante que se necesita encontrar un material que substitúa oITO, para poder continuar comercializando o tipo de produto que se demanda. Non obstante, a demanda de hoxe non é necesariamente a de mañá e por iso hai que adaptar a investigación e enfocala a tecnoloxías futuras para poder seguir avanzando e que non sexa este novo material que limite os fabricantes á hora de fabricar produtos flexibles, por exemplo. Todo isto é un traballo de Investigación e Desenvolvemento cunha duración (para ter os primeiros resultados aplicados) máxima de dez anos.Non obstante, aínda que é necesaria unha solución "primeira" nun prazo de dez anos

7

como moito, isto non quere dicir que posteriormente non se descubran materiais mellores, máis resistentes e demais.

Nos próximos anos prevese que 1,4 millóns de smartphones leve pantalla táctil mentres que actualmente son 531,9 millóns os que xa a incorporan. E no caso dos ordenadores portátiles, aínda que en unidades será menor o número, se consideramos os metros cadrados de pantalla táctil de ordenador portátil en relación á dossmartphone, os números cambian por completo. Haberá 20 millóns de metros cadrados de pantallas táctiles portátiles en 2015, fronte aos 35 millóns de metros cadrados nos teléfonos.Tendo en mente todo isto, é moi lóxico que os grandes fabricantes se puxesen mans á obra coa busca deste novo material que substitúa o ITO. De feito, podería aparecer bastante antes do que teriamos imaxinado hai menos de cinco anos.Precisamente, durante a Semicon West Conference en San Francisco, diferentes compañías presentaron as súas alternativas. Por exemplo, o CEO de Nanotech Biomachines, Will Martínez, presentou ao público unha lámina transparente cuberta de grafenoque sorprendeu pola súa gran flexibilidade.Outra das alternativas foron os nanocables de prata, que poden adoptar calquera lonxitude pero son 10.000 veces máis delgados que o cabelo humano. Esta alternativa ten o inconveniente que mentres que o material é barato, a implementación dos nanocables nos dispositivos non o é, polo que o custo final de produción ser vería seriamente afectado.Na empresa Foxconn, por exemplo, os nanotubos de carbono serían a solución contra o fin do ITO e o máis curioso deste dato é que podería empezar a utilizarse moi pronto en dispositivos "nonApple". Mentres tanto, Samsung está a traballar en prototipos que utilizan grafeno.Esta información que temos acerca do que os fabricantes están a desenvolver é concisa, é o único que os fabricantes deron a coñecer pero, de calquera xeito, é obvio que todos eles estarán a traballar nunha solución, evidentemente os grandes fabricantes. Por outra parte, fabricantes máis "pequenos" seguramente acolleranse ao que outros licenciasen nun futuro.

2.3 Grafeno e siliceno

Un móbil que se dobra e se converte en reloxo ou un comprimido tan elástico como a goma. Así serán os aparatos do futuro grazas aos novos materiais que se investigan en laboratorios. Segundo os investigadores, o grafeno, o siliceno (derivados do grafito e o silicio), os polímeros condutores ou determinados óxidos de metais revolucionarán a electrónica de consumo, ao permitir construír baterías flexibles, procesadores máis rápidos e pantallas transparentes máis finas que o papel.Científicos da Universidade de Aalto (Finlandia) e Nagoya (Xapón) obtiveron procesadores de plástico e a baixo custo. Samsung, LGou Toshiba, que compiten por crear pantallas flexibles e transparentes, están interesados na súa aplicación industrial.Samsung presentou a comezos de 2011 uns prototipos de pantallasAmoled flexibles, pero cun custo desorbitado.Outro material de moda, o grafeno, podería rematar co problema. A súa obtención

8

valeulles o Nobel de Física en 2010 aos científicosAndre Geim e Konstantin Novoselov. En teoría, é o substituto perfecto do silicio: permite crear microprocesadores dun átomo de espesor, 500 veces máis pequenos que os de silicio e 10 veces máis rápidos, de gran resistencia (o grafeno é carbono en estado puro, o material máis resistente do planeta) e flexibles.A sorte dos gadgets de grafeno dependerá tamén doutro novo material rival: o siliceno. Investigadores do Instituto Xaponés de Ciencia e Tecnoloxía Avanzada (JAIST) lograron recentemente desenvolver láminas de silicio dun átomo sobre un soporte de cerámica. É dicir, o mesmo grosor que o grafeno. Está por ver se as propiedades de condución eléctrica, dureza, transparencia e flexibilidade superan as do grafeno e, sobre todo, se será máis doado de obter a escala industrial.

2.4 Gorilla Glass

Un feito constatado é que os móbiles evolucionan á vez que o fan materiais cos que se constrúen; desta forma vemos terminais conKevlar, por exemplo, ou co coñecido Gorilla Glass. Pero como funcionan estes materiais? realmente son tan resistentes?Os terminais Android afástanse da súa competencia por ser totalmente desmontables: pódese acceder á súa batería e case sempre están compostos de plásticos e aliaxes varias, pero a pantalla é outra historia, posto que debe ser dun material único e moi resistente a rabuños ou rozamentos (algo normaml xa que todo o mundo leva o seu teléfono no peto con chaves ou moedas, polo que o terminal é susceptible de recibir rabuños).Aquí é onde entra o Gorilla Glass, un material propiedade deCorning e introducido ao mercado no ano 2008. Este curioso material utilízase en dispositivos táctiles aplicando unha fina capa ultra-resistente; esta película recobre toda a superficie da pantalla, evitando así desgustos con obxectos punzantes.Esta tecnoloxía é froito da combinación álcali-aluminosilicato: trátase dunha composición extremadamente complexa, pero abonde dicir que é compatible con raio frecuencia e dunha abraiante claridade, ademais da súa gran resistencia. Iso fai que un produto con Gorilla Glass se converta nun dispositivo altamente resistente.O modelo de negocio de Apple pasa porque todos os seus dispositivos sexan herméticos, que non poidamos acceder á batería ou a calquera outra característica do dispositivo: tan só poderemos inserir a tarxeta SIM. Este tipo de rumbo nos seus dispositivos foi criticado ata a saciedade, pero precisamente este detalle é indispensable para a resistencia dos seus compoñentes, xa que está recuberto na súa totalidade dunha potente aliaxe de cristal e carbono. Esta decisión non gustou moito, porque a pesar da dureza e resistencia deste material non é de todo fiable: o dispositivo en si é moi ríxido, o que fai que absorba mal os golpes. É algo que non pasa con terminais compostos de aliaxes b

9

Aínda así, cumpre o seu labor de sobra: é altamente resistente a rozamentos dentro dos petos. En contactos prolongados é probable que apareza algunha marca na pantalla, a pesar de todo, o teléfono de Apple é un dos máis susceptibles a rabuños.A busca por innovar levou os fabricantes a experimentar con diversos materiais: tal é o caso de Motorola e o seu RAZR, un teléfono construído con fibra de Kevlar, un material que é usado en chalecos anti-balas. Desta forma, non é de estrañar que este dispositivo sexa dos máis duros do mercado: a súa pantalla, como non, leva Gorilla Glass.

2.5 Láminas de silicona

A empresa nipoa Shin-Etsu, especializada en semicondutores, utilizou a súa tecnoloxía para producir unhas láminas de silicona que conservan a carga eléctrica dentro das baterías, unha alternativa aos materiais baseados en carbono usados normalmente.Shin-Etsu, que podería empezar a producir de xeito masivo este produto en 3 ou 4 anos, xa enviou os seus prototipos a fabricantes de baterías dentro e fóra de Xapón para estudar aspectos como o custo e o desgaste co tempo dos materiais usados.O mercado global das baterías de litio será duns 1,7 billóns de iens (1.700 millóns de euros ou 2.260 millóns de dólares) en 2017, un 50 por cento maior que en 2012, de acordo coas proxeccións da firma Fuji Keizai.Os fabricantes xaponeses controlan case a metade do mercado global de materiais usados nas baterías de ións de litio, do que son líderes Panasonic e a surcoreana Samsung SDI.Nestes momentos, a xaponesa Hitachi Chemical está a desenvolver unha tecnoloxía para incrementar a capacidade das baterías utilizando aliaxes.Segundo o diario económico Nikkei, aínda que Xapón se encontra na vangarda do desenvolvemento tecnolóxico tanto na capacidade como a seguridade das baterías para móbiles, as compañías de China e Corea do Sur están a gañar posicións co desenvolvemento de novos materiais.

3. CONCLUSIÓN

A pesar de ser un elemento tan cotián e que se utiliza todos os días por millóns de persoas, realmente descoñecemos o que temos entre as mans. Ignoramos gran parte dos materiais polos que está composta cada parte deste dispositivo electrónico que intenta facilitar as comunicacións e tarefas diarias. É un feito que a tecnoloxía avanza a grandes velocidades, pero non tan altas como a produción de materias primas que dependen da natureza, polo que os recursos se rematan e é necesario unha innovación constante dos materiais utilizados neles.

10

4. BIBLIOGRAFÍA

es.wikipedia.org/wiki/Coltan www.eurekamovil.es/blog/index.php/2012/11/27/de-que-esta-hecho-un-telefono-movil/

www.movilzona.es/2013/07/13/el-material-tactil-que-cubre-la-pantalla-de-iphone-se-acaba/ unmundomovil.blogspot.com.es/2013/07/el-material-de-las-pantallas-tactiles.html

www.ehowenespanol.com/hecha-pantalla-del-telefono-hechos_263370/

www.ehowenespanol.com/materiales-utilizan-telefonos-celulares-lista_170775/

www.tecnologiadetuatu.elcorteingles.es/accesorios_y_perifericos/especial-nuevas-tecnologias-ii- pantallas-de-grafeno-y-oled-para-un-futuro-mas-verde-y-sostenible/

www.vadejuegos.com/noticias/pantallas-resistentes-presente-y-futuro--20120413.

blogs.creamoselfuturo.com/nano-tecnologia/2013/06/25/oxido-de-indio-y-estano-o-ito/

www.antena3.com/noticias/tecnologia/desarrollan-material-que-alarga-veces-bateria-movil_2013080100009.html

www.eurekamovil.es/blog/index.php/2012/11/27/de-que-esta-hecho-un-telefono-movil/

11