Hallado un mecanismo para hacer crecer estructuras nanoporosas
Un equipo de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha desarrollado un procedimiento de elaboración de recubrimientos nanoporosos mediante pulverización con plasma. Este 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.
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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