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| Añadiendo combinaciones de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno a metales resistentes y difíciles de evaporar, como el tungsteno y el platino, los investigadores de la Universidad de Minnesota Twin Cities lograron transformar los elementos en películas finas de forma más barata y segura. Crédito: Bharat Jalan MBE Lab, Universidad de Minnesota |
Nuevo método de síntesis para metales y óxidos metálicos "rebeldes"
Investigadores de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de las Ciudades Gemelas de la Universidad de Minnesota han inventado una tecnología más barata, segura y sencilla que permitirá convertir un grupo de metales y óxidos metálicos "resistentes" en películas finas utilizadas en muchos componentes electrónicos e informáticos y otras aplicaciones.
La investigación se publica en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Los investigadores trabajaron con la Oficina de Comercialización de Tecnología de la Universidad de Minnesota para patentar la tecnología y ya han despertado el interés de la industria.
Muchos metales y sus compuestos deben convertirse en películas finas antes de poder ser utilizados en productos tecnológicos como la electrónica, las pantallas, las pilas de combustible o las aplicaciones catalíticas. Sin embargo, los metales "resistentes" -que incluyen elementos como el platino, el iridio, el rutenio y el tungsteno, entre otros- son muy difíciles de convertir en películas finas porque requieren temperaturas extremadamente altas (normalmente más de 2.000 grados Celsius) para evaporarse.
Normalmente, los científicos sintetizan estas películas metálicas mediante técnicas como el sputtering y la evaporación por haz de electrones. Esta última consiste en fundir y evaporar metales a altas temperaturas y dejar que se forme una película sobre las obleas. Pero este método convencional es muy caro, consume mucha energía y, además, puede ser inseguro debido al alto voltaje utilizado.
Ahora, investigadores de la Universidad de Minnesota han desarrollado una forma de evaporar estos metales a temperaturas significativamente más bajas, menos de 200 grados centígrados en lugar de varios miles. Mediante el diseño y la adición de ligandos orgánicos -combinaciones de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno- a los metales, los investigadores lograron aumentar sustancialmente las presiones de vapor de los materiales, facilitando su evaporación a temperaturas más bajas. Su nueva técnica no sólo es más sencilla, sino que también permite obtener materiales de mayor calidad y fácilmente escalables.
"La capacidad de fabricar nuevos materiales con facilidad y control es esencial para la transición a una nueva era de la economía energética", afirma Bharat Jalan, autor principal del estudio, experto en síntesis de materiales y profesor asociado y titular de la cátedra Shell en el Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de los Materiales (CEMS) de la Universidad de Minnesota. "Ya existe un vínculo histórico entre la innovación en la ciencia de la síntesis y el desarrollo de nuevas tecnologías. Se invierten millones de dólares en la fabricación de materiales para diversas aplicaciones. Ahora, hemos dado con una tecnología más sencilla y barata que permite obtener mejores materiales con precisión atómica."
Estos metales se utilizan para fabricar infinidad de productos, desde semiconductores para aplicaciones informáticas hasta tecnología de pantallas. El platino, por ejemplo, también es un gran catalizador para la conversión y el almacenamiento de energía y se está estudiando su uso en dispositivos espintrónicos.
"Reducir el coste y la complejidad de la deposición de metales y permitir al mismo tiempo la deposición de materiales más complejos, como los óxidos, desempeñará un papel importante tanto en la industria como en la investigación", afirma William Nunn, estudiante de posgrado de ingeniería química y ciencias de los materiales de la Universidad de Minnesota, primer autor del artículo y beneficiario de la beca Robert V. Mattern del departamento. "Ahora que depositar estos metales, como el platino, será más fácil, esperamos ver un interés renovado en los materiales más complejos que contienen estos metales resistentes".
Fuentes, créditos y referencias:
William Nunn et al, Novel synthesis approach for "stubborn" metals and metal oxides, PNAS (2021). DOI: 10.1073/pnas.2105713118