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Un equipo de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones
Científicas (CSIC) ha desarrollado un procedimiento de elaboración de
recubrimientos nanoporosos mediante pulverización con plasma.
El procedimiento puede servir para fabricar materiales con numerosas
aplicaciones, como células fotovoltaicas, dispositivos microfluídicos y
electrodos para procesos catalíticos.
Los
resultados del estudio se publican en la revista Plasma Processes and
Polymers. “Los recubrimientos nanoporosos se caracterizan por poseer
numerosas cavidades de tamaño nanométrico que se ramifican y penetran
por todo el material”, explica el investigador del CSIC Alberto Palmero,
del Instituto de Ciencias Materiales de Sevilla. “Estas cavidades
confieren ciertas propiedades debidas a la gran superficie del material
cuando se pone en contacto con el aire o con medios líquidos o
gaseosos”.
Gracias a
esta cualidad se ha desarrollado un sensor de glucosa que al pasar un
líquido por su interior cambia de color. Estas propiedades también se
han aplicado para mejorar la eficacia de las células fotovoltaicas: se
ha conseguido anclar moléculas absorbentes en toda su superficie para
aumentar la captación de luz solar, según explica el científico.
En la
industria, los materiales nanoporosos en polvo se fabrican mediante
síntesis química, que necesita altas temperaturas y genera residuos de
difícil reciclaje. “Su fabricación en forma de recubrimiento, con
estructuras en la nanoescala diseñadas a la carta, representa el reto
que se aborda en este trabajo. Hemos explorado técnicas alternativas al
método químico, usando plasmas para fabricar recubrimientos nanoporosos
en un solo paso y a temperatura ambiente”. Con esta técnica, en 2013
este equipo fabricó oro con nanoporosidad controlada, un material con
aplicaciones medioambientales para la eliminación de gases que provocan
efecto invernadero.
El plasma
es un gas muy energético que, en la forma utilizada en este trabajo,
pulveriza un bloque sólido y lo descompone en átomos individuales. Según
explica el investigador, la técnica desarrollada permite dirigir estos
átomos hacia una superficie donde, al acumularse, forman diferentes
recubrimientos nanoporosos.
Un
crecimiento controlado en la nanoescala
En este
nuevo estudio se describe cómo los átomos pulverizados se acumulan sobre
una superficie para formar estructuras nanoporosas. El trabajo concluye
que el crecimiento de estos materiales se debe a la llegada de átomos
balísticos y “termalizados”. Los primeros generan el esqueleto de la
estructura nanoporosa, y los segundos crean las prolongaciones
cavernosas de los poros hacia el interior del material.
Los
investigadores también han deducido la fórmula matemática que permite
controlar la proporción entre ambos tipos de átomos. Así se puede hacer
crecer los recubrimientos nanoporosos a la carta. “Este procedimiento
mejora las técnicas de la industria microelectrónica, con la ventaja de
poder ser extendida a muchos materiales. Además, puede aplicarse en la
producción de dispositivos tecnológicos”.
Esta
investigación requirió la fabricación de recubrimientos en el Instituto
de Microelectrónica de Madrid, así como estudios por parte del grupo
Nanotecnología en Superficies de Sevilla.
Es de
destacar que los nanomateriales pueden dar respuestas diversas bajo
condiciones ambientales extremas, cuestión por la cual, para estudiar el
comportamiento de dichos nuevos materiales e investigar sus nuevas
aplicaciones industriales, se utilizan las cámaras climáticas de ensayos
acelerados.
Fuente:
CSIC 06/06/2014
Rafael
Álvarez, José M. Garcia-MartÍn, María C. Lopez-Santos, Víctor Rico,
Francisco J. Ferrer, Jose Cotrino, Agustín R. González-Elipe and Alberto
Palmero.
On the Deposition Rates of Magnetron Sputtered Thin Films at Oblique
Angles.
Plasma
Processes and Polymers Doi:10.1002/ppap.201300201
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