www.madridiario.es
La Ingeniería de superficies da un 'nanopaso'

La Ingeniería de superficies da un "nanopaso"

martes 12 de enero de 2010, 00:00h
El desarrollo de nuevos recubrimientos con mejores prestaciones (“más rápido, más alto, más fuerte”) ha sido en gran parte posible por el avance de la nanotecnología dentro del área de la Ingeniería de Superficies. Estas nuevas estructuras presentan el reto de una adecuada caracterización a nivel nanométrico, desafío en el que están trabajando investigadores del Centro de Microanálisis de Materiales (UAM).
En la actualidad, el área de Ingeniería de Superficies ha alcanzado una gran madurez dentro de la Ciencia y Tecnología de Materiales en el campo de la preparación de recubrimientos. Mediante la combinación sinergética de  las propiedades individuales de distintos materiales se puede optimizar y ajustar la funcionalidad del material a desarrollar en base a su aplicación final. Un ejemplo típico son las estructuras multicapas de distintos nitruros de metales (TiN, CrN, ZrN, etc.) que permiten obtener propiedades mecánicas (principalmente dureza y tenacidad) muy superiores que las que dichos materiales tienen individualmente [Veprek et al., 2005; Zhang et al., 2005]. Dentro de esta categoría se encuentran también los llamados recubrimientos “camaleónicos” [Voevodin and Zabinski, 2000]  que, mediante cambios en su composición y estructura, adaptan sus propiedades a las condiciones del entorno (p.e. manteniendo un bajo coeficiente de fricción tanto en condiciones de humedad como en vacío para aplicaciones espaciales). Otros ejemplos se pueden encontrar en áreas tan diversas como en recubrimientos ópticos para lentes o paneles arquitectónicos, contactos en microelectrónica, barreras de  difusión  en turbinas, recubrimientos para implantes biomédicos etc.

En la Figura se describe de forma esquemática la compleja estructura de uno de estos recubrimientos. La primera condición que estos recubrimientos han de cumplir ha de ser una buena adherencia al sustrato (por ejemplo, a la pieza que ha de proteger). Es por esta razón que se suele depositar  una capa adherente, típicamente de unos 50-100 nm de espesor y consistente en metales tales como el Cr o el Ti. Esta intercara (o capa “buffer”) también tiene la misión de proteger al sustrato de la indeseable interdifusión de elementos a su interior. La estructura del recubrimiento propiamente dicho puede ser tan compleja como se desee.

Aparte de las anteriormente mencionadas estructuras multicapa, se han desarrollado capas cuya composición varía con la profundidad (estructura gradiente).  También se utilizan los sistemas denominados nanocompuestos, constituidos p.e. por cristales de tamaño nanométrico embebidos en matrices amorfas.  De esta forma es posible obtener capas con una dureza superior incluso a la del diamante, entrando en el rango de los materiales superduros. Finalmente, estos recubrimientos suelen tener una capa superficial (de pocos nanómetros de espesor) que permite mejorar y controlar propiedades como la fricción, la resistencia a la corrosión o incluso la reflectividad óptica, dependiendo de la aplicación final del material.

Es evidente que para la correcta aplicación final de estas nanoestructuras se hace necesario un estricto control en su fabricación. Técnicas de análisis de alta resolución son imprescindibles a fin de obtener información sobre la composición y la estructura de estos recubrimientos a nivel nanométrico. Entre todas las numerosas técnicas de caracterización analítica [Werner and Garten, 1984] en este trabajo, publicado en Trends in Analytical Chemistry y desarrollado por el grupo de investigación del Dr. Ramón Escobar Galindo, del Centro de Microanálisis de Materiales de la Universidad Autónoma de Madrid, en colaboracion con el Instituto de Ciencias de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) y la Universidad de Barcelona (UB), se han elegido las espectroscopías Rutherford de Retrodispersión (RBS), la de emisión óptica por descarga luminiscente (GDOES) y la de masas de iones secundarios (SIMS). Estas tres técnicas tienen en común que utilizan iones como sondas para analizar el material pudiéndose estudiar recubrimientos de más de una micra de espesor con una resolución en torno al nanómetro. En particular se han comparado los resultados obtenidos en multicapas metálicas con espesores que variaban entre unos pocos nanómetros y varios cientos.

Es importante destacar que la completa caracterización de multicapas nanómetricas no se puede realizar mediante una única técnica de análisis. La elección de la técnica dependerá en gran medida del sistema a estudiar, del nivel de precisión que se quiera obtener, del tiempo necesario para realizar las medidas. A nivel industrial, GDOES parece una técnica muy útil a la hora de obtener, de una forma rápida y fiable, un análisis del material para ser usado como retroalimentación en la cadena de producción. Sin embargo, para una caracterización más precisa se hace necesario el análisis complementario con otras técnicas como RBS o SIMS.
¿Te ha parecido interesante esta noticia?    Si (0)    No(0)

+

0 comentarios