Científicos rumbo al mercado de películas delgadas

Por Karla Navarro

Ensenada, Baja California. 5 de marzo de 2018 (Agencia Informativa Conacyt).- ¿Podrían las ventanas de una casa reducir el gasto de energía? Científicos diseñan un filtro de baja emisividad térmica que, al colocarse sobre los vidrios de una vivienda o edificio, generará un ahorro de hasta 30 por ciento en energía.

Son especialistas del Centro de Nanociencias y Nanotecnología (Cnyn) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), campus Ensenada, quienes trabajan en el diseño del filtro que tendrá la capacidad de retener el calor dentro de la edificación durante el invierno y evitar que entre en el verano, además de aprovechar la iluminación del sol.

El filtro óptico es una película delgada e inhomogénea, es decir, una película conformada por una serie de capas de diferentes materiales que se colocan una sobre otra y tienen un grosor que va desde los siete hasta los 30 nanómetros.  

En entrevista, la doctora Noemí Abundiz Cisneros, catedrática Conacyt adscrita al Cnyn, expuso que las películas delgadas se utilizan en una gran diversidad de objetos de uso cotidiano, por ejemplo, teléfonos celulares, lentes oftálmicos, computadoras, relojes, cámaras fotográficas, entre otros.

“Los filtros que estamos haciendo tienen películas metálicas y pueden ser de plata o materiales alternos, tan delgados que dejan pasar la luz pero no el calor; como los metales son muy blandos y pueden reaccionar con el ambiente, los recubrimos con películas que tienen alta dureza para que protejan el metal. Utilizamos diferentes tipos de materiales y formamos multicapas, como un sándwich de materiales para proteger la parte metálica, pero todos son transparentes”, explicó.

En México, este tipo de vidrios no está disponible en el mercado, y en otros países sus costos pueden ir desde 200 hasta dos mil dólares; para desarrollar una tecnología competitiva, los especialistas del Cnyn utilizan un material alterno a la plata, que reduciría el costo de producción.

La expectativa es que la investigación que desarrolla la doctora Noemí Abundiz concluya con el registro de una patente y la eventual comercialización del filtro óptico, tal como lo hacen las compañías de vidrios.

Un proceso controlado

Un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro. Es esa la escala en que se elaboran las películas delgadas desde el Laboratorio de Síntesis y Análisis Óptico de Materiales (SAOMLab) del Cnyn, donde se diseña el filtro óptico de baja emisividad térmica.

Pero los investigadores del SAOMLab buscan ir más allá: crear un sistema de vacío capaz de controlar al menos 15 variables y tomar decisiones de forma automatizada para la fabricación de películas delgadas con diferentes propiedades.

Los especialistas del SAOMlab.El doctor Roberto Sanginés de Castro, catedrático Conacyt e integrante del equipo de especialistas del SAOMLab, destacó que el sistema que están desarrollando simplificará un complejo proceso para la fabricación de películas delgadas.

Describió que el procedimiento tradicional en la industria implica una serie de pruebas hasta encontrar los parámetros adecuados para la fabricación de la película delgada que se requiere, proceso que puede durar varios meses.

“Crecen la película, se la llevan y la analizan con otras técnicas y ven si salió bien. Si no fue así, entonces usan otros parámetros y así el proceso, hasta que llegan a las condiciones adecuadas, que no necesariamente son las óptimas”, refirió.

Reducir los tiempos promedio de la industria y abrir la posibilidad de realizar cambios en las líneas de producción de forma más sencilla son los objetivos que se han planteado los investigadores del SAOMLab.

¿Cómo se construye una película delgada?

Para la construcción de filtros ópticos como el de baja emisividad térmica que se desarrolla en el SAOMLab, los especialistas utilizan una técnica de erosión iónica con magnetrón que ofrece asistencia en el crecimiento de la película mediante la producción de un plasma.

Roberto Sanginés de Castro mencionó que el plasma tiene como función “bombardear” el material que se convertirá en película delgada dentro de un sistema de baja presión, lo que provoca que partículas del material salgan eyectadas en todas direcciones para después depositarse en un sustrato, que puede ser —como en este caso— el vidrio de una ventana.

“En ese proceso tenemos el plasma, que esencialmente es un gas ionizado que contiene tres tipos de partículas: electrones, partículas neutras y iones. Está muy caliente y emite luz, la cual analizamos por medio de espectroscopía óptica de emisión. Cualquier variación en los parámetros de depósito, de presión, el flujo de gases, es detectable en las líneas espectrales del plasma”.

Sistema modificado para la fabricación de películas delgadas en el SAOMlab.Por su complejidad, el control de este proceso no se ha logrado en el sector industrial, lo que ha despertado el interés de los investigadores del SAOMLab para ofrecer una solución mediante un sofisticado equipo que eventualmente se lance al mercado.

Visión empresarial

La síntesis de materiales en forma de películas delgadas y su caracterización mediante el uso de técnicas ópticas es el principal servicio que ofrece el SAOMLab, tanto con fines de investigación científica como para solucionar problemas de la industria.

El doctor Roberto Machorro Mejía, investigador del Cnyn y responsable del SAOMLab, mencionó que las técnicas de microscopía, espectroscopía y elipsometría son las que se aplican de forma cotidiana en el laboratorio.

Sin embargo, mediante el proyecto titulado “Crecimiento controlado de capas inhomogéneas por espectroscopía de plasma”, al que fueron comisionados los investigadores del programa Cátedras Conacyt, el doctor Machorro Mejía promueve la evolución del SAOMLab en una empresa de base tecnológica, la primera spin-off que surgiría desde el Cnyn.

"En este tema, el doctor Óscar Hernández Utrera, también catedrático Conacyt integrado al proyecto, además de contribuir a la parte de programación y control de la instrumentación del sistema de depósito, es quien le ha dado forma al plan de negocios, por su amplia experiencia en la relación industria-academia", precisó Machorro Mejía.

Además de experimentar con una novedosa técnica que combina la utilización de distintos materiales en la misma película, el proyecto tiene como finalidad vincular a los investigadores con el sector industrial y prestar sus servicios.

A tres años de haber iniciado el proyecto, las experiencias del SAOMLab con el sector industrial en México han sido modestas, pero los esfuerzos están enfocados en el diseño del sistema que controlará el proceso de construcción de películas delgadas y generar productos con potencial para ser comercializados.

 

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