🔬 El "ojo" que ve el infrarrojo se ha vuelto once veces más agudo. Y funciona a temperatura ambiente, sin equipo de refrigeración. Los nanotubos de carbono, el material que Japón descubrió antes que nadie, están reescribiendo lo que se daba por sabido sobre los sensores.

Un nanomaterial japonés cambia el rendimiento del sensor infrarrojo

El 6 de febrero de 2026, un equipo conjunto del Instituto Tecnológico de Kioto (KIT) y la Universidad de Chuo anunció que había desarrollado un nuevo sensor infrarrojo basado en nanotubos de carbono (CNT) semiconductores. Participaron el profesor asociado Yoshiyuki Nonoguchi, el catedrático Takeshi Yamao y el profesor ayudante Yuhi Inada, del KIT; el catedrático Yukio Kawano y el profesor ayudante Heng Li, de Chuo; y el investigador principal Daichi Suzuki, del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada (AIST). Frente a los materiales convencionales, en los que se mezclan nanotubos metálicos, la sensibilidad de detección mejoró unas once veces.

Los sensores infrarrojos están por todas partes: el control de equipajes en los aeropuertos, la inspección de calidad en las fábricas, la visión nocturna con la que un coche autónomo detecta peatones, los termómetros sin contacto de los hospitales. Todos captan una luz invisible y la convierten en información. Pero los sensores infrarrojos de alta sensibilidad arrastraban un defecto grave: para funcionar con precisión había que enfriarlos a temperaturas criogénicas, a veces hasta los 196 grados bajo cero. El equipo de refrigeración es voluminoso, caro y consume electricidad. Superar ese obstáculo amplía enormemente el campo de aplicación.

Eso es justo lo que ha logrado este trabajo.

Qué son los nanotubos de carbono

Un nanotubo de carbono es una lámina de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal, enrollada en forma de tubo de unos pocos nanómetros de diámetro (un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro). En 1991, el doctor Sumio Iijima, entonces en NEC, confirmó por primera vez su existencia con un microscopio electrónico y sorprendió al mundo. Es el punto de partida de la nanotecnología japonesa.

Sus propiedades son notables: unas veinte veces más resistentes que el acero y con la mitad del peso del aluminio. Algunos conducen la electricidad como un metal y otros se comportan como semiconductores. Esa diferencia entre el tipo metálico y el tipo semiconductor es la clave de este avance.

Por qué la sensibilidad se multiplica por once

Los sensores CNT anteriores empleaban material en el que convivían nanotubos metálicos y semiconductores. Era, en la práctica, una señal con ruido incorporado, y eso reducía la eficiencia de detección del infrarrojo.

Lo innovador del enfoque del equipo es haber optimizado a la vez tres cosas.

La primera, la separación de alta pureza del CNT semiconductor. Tras la síntesis, los tipos metálico y semiconductor aparecen mezclados en una proporción aproximada de uno a dos; el grupo estableció una técnica para extraer selectivamente solo el semiconductor.

La segunda, el control del dopaje de tipo p y tipo n. Mediante tratamiento químico del CNT semiconductor ya separado, fabricaron por un lado películas de tipo n, con exceso de electrones, y por otro de tipo p, con exceso de huecos. Unir esas dos películas es el núcleo del principio de funcionamiento del sensor.

La tercera, la combinación de resonancia plasmónica y efecto termoeléctrico. Cuando el infrarrojo incide sobre el nanotubo, los electrones de su interior oscilan de forma colectiva en lo que se denomina resonancia plasmónica, y esa resonancia convierte con eficiencia la energía infrarroja en calor. La diferencia de temperatura que aparece en la unión entre las zonas de tipo p y tipo n se extrae después como voltaje mediante el efecto termoeléctrico, o efecto Seebeck.

Hasta ahora no se había planteado optimizar simultáneamente la absorción del infrarrojo, el rendimiento de la conversión termoeléctrica y la reducción de la conductividad térmica. Este trabajo lo consiguió por primera vez, y de ahí salió el salto de once veces.

Comparación con las tecnologías existentes: InGaAs, puntos cuánticos y CNT

En el mundo del sensor infrarrojo ya existen varias tecnologías consolidadas, cada una con sus ventajas y sus límites.

El sensor de InGaAs (arseniuro de indio y galio) es hoy el de alto rendimiento más extendido en usos industriales. Ofrece una sensibilidad y una velocidad de respuesta muy altas en la banda del infrarrojo cercano, pero su fabricación exige crecimiento epitaxial, un proceso caro, y el precio por unidad es elevado. Además, resulta difícil llevarlo a grandes superficies.

El sensor de puntos cuánticos coloidales es una tecnología de siguiente generación que promete costes bajos, porque puede fabricarse mediante procesos en disolución. En 2023, la investigación básica que hay detrás recibió el Nobel de Química. Aun así, su eficiencia cuántica sigue siendo inferior a la del InGaAs y la estabilidad a largo plazo continúa siendo un problema.

El microbolómetro de óxido de vanadio es el estándar entre los sensores que funcionan sin refrigeración. Está muy extendido en cámaras de seguridad y termografía, pero su sensibilidad queda muy por debajo de la de los sensores refrigerados.

La fuerza del sensor CNT está en ocupar el hueco que dejan los demás. Funciona sin refrigeración, puede formarse como película delgada sobre sustratos flexibles y abre la posibilidad de una fabricación barata por impresión. Detecta un rango muy amplio, del ultravioleta a los terahercios, y es ligero y flexible. NEC ya logró en 2023 una mejora de más de tres veces con un sensor de imagen infrarroja sin refrigeración también basado en CNT. Conviene precisar, eso sí, que las dos cifras no parten de la misma base: la de NEC se midió frente a los sensores sin refrigeración ya existentes, como los de óxido de vanadio, y empleaba un mecanismo bolométrico que lee cambios de resistencia; las once veces de ahora se miden frente al material CNT todavía mezclado con nanotubos metálicos y usan un mecanismo termoeléctrico. Son dos caminos que avanzan en paralelo desde el mismo material.

Aplicación demostrada: ver el interior de un paquete

Para probar la utilidad del sensor, el equipo consiguió obtener imágenes infrarrojas de la forma de un objeto metálico situado dentro de un paquete. Quedó demostrado que es posible observar el contenido sin destruir el envoltorio, aprovechando que el infrarrojo atraviesa la ropa y el plástico.

Si la técnica llega a la práctica, cabe esperar aplicaciones en varios terrenos.

En seguridad permitiría escanear equipajes y personas con más precisión y con equipos más pequeños en aeropuertos e instalaciones públicas. Al no necesitar refrigeración, entra dentro de lo posible montarlo en aparatos de inspección portátiles.

En inspección industrial serviría para detectar defectos dentro de encapsulados de semiconductores o para el control de calidad alimentario, integrado en la propia línea de producción.

En medicina y biología cabe pensar en la medición sin contacto de la distribución de temperatura corporal o en la observación del interior de los tejidos.

En comunicaciones de nueva generación se espera su uso como elemento receptor en enlaces ópticos inalámbricos con ondas de terahercios o infrarrojas. Para las redes ultrarrápidas del tipo 6G, la capacidad de recibir datos en la banda infrarroja es una tecnología de base importante.

El futuro que abre la ciencia de materiales japonesa

Han pasado treinta y cinco años desde el descubrimiento de los CNT en 1991. Lo acumulado por Japón liderando la investigación básica empieza a tomar forma también del lado de las aplicaciones. NEC desarrolló en 2018, junto con AIST, una técnica de extracción de alta pureza del CNT semiconductor, y la llevó al sensor de imagen de 2023. La vía termoeléctrica del KIT y Chuo es otro camino que corre en paralelo.

El equipo prevé continuar con investigación orientada a la implantación social: montaje sobre sustratos flexibles, extensión a dispositivos vestibles y usos similares. El artículo se publicó en línea el 2 de febrero de 2026 en la revista científica Small Structures, editada por la alemana Wiley-VCH.

Qué desafíos quedan

Once veces es mucho, pero todavía hay distancia hasta el producto. La sensibilidad ha mejorado de forma drástica respecto al material CNT mezclado, aunque en términos absolutos no alcanza a los detectores refrigerados de gama alta, como los de InGaAs o HgCdTe (telururo de mercurio y cadmio). Pasar de la demostración de laboratorio a la producción en serie exige establecer procesos de deposición homogéneos y de gran superficie. La estabilidad a largo plazo en condiciones reales, con ciclos de temperatura, humedad y esfuerzo mecánico, está aún por validar.

Con todo, la dirección es buena. Si estos sensores logran cerrar aunque sea parte de la diferencia de rendimiento manteniendo sus ventajas de coste, flexibilidad y funcionamiento a temperatura ambiente, pueden abrir mercados nuevos donde la tecnología infrarroja actual resulta demasiado cara o demasiado voluminosa.

Sin refrigeración, sensible, flexible y con margen para abaratarse: un material nacido en Japón está ampliando el alcance de la detección infrarroja. La pregunta abierta es con qué rapidez puede acortarse la distancia entre la investigación básica y el producto. En tu país, ¿con qué fluidez se industrializan las tecnologías que salen de la universidad?

Referencias