10.08.2021 - Ruhr-Universität Bochum

Cómo la cola sigue haciendo tilín después de un año

Unos pocos nanómetros de recubrimientos finos similares al cuarzo pueden multiplicar la vida útil de los alimentos, permitir imágenes brillantes de televisores OLED o separar los gases entre sí

Si los polímeros están hechos específicamente para formarse y depositarse en las superficies que rodean al plasma, pueden recubrirse de forma selectiva. Gracias a la llamada deposición química de vapor mejorada por plasma, o PECVD por sus siglas en inglés, es posible, por ejemplo, aplicar recubrimientos ultrafinos y herméticos al gas en el interior de las botellas de PET, asegurando que el contenido dure más tiempo, o proteger los diodos orgánicos emisores de luz (OLED) de la humedad para que las pantallas de televisión funcionen durante mucho tiempo. Los equipos de Ingeniería Eléctrica General y Tecnología del Plasma y Física Experimental II de la Ruhr-Universität Bochum (RUB) han perfeccionado esta técnica. Lo cuentan en Rubin, la revista científica de la RUB.

Hacer que la leche y los medicamentos duren más

La deposición sólo es posible porque los plasmas son fríos y, por lo tanto, no dañan la botella de PET ni otras superficies a recubrir con calor. Sólo los electrones rápidos del plasma están calientes y no dañan las superficies. El revestimiento del plástico, que tiene un grosor de entre 20 y 30 nanómetros, es similar al del vidrio y garantiza que se escape entre 10 y 100 veces menos gas a través de la botella. Esto prolonga la vida útil de una gaseosa de las cuatro semanas anteriores a cerca de un año. El método también es interesante para el envasado de leche y otros alimentos, así como de medicamentos e incluso de componentes microelectrónicos. "Este tipo de recubrimiento también es respetuoso con el medio ambiente, ya que la ínfima cantidad de material puede despreciarse simplemente durante el reciclaje", explica el Dr. Marc Böke, del departamento de Física Experimental II de la RUB.

El oxígeno inclina la balanza

El reto consiste en controlar la formación de las capas. "Las capas no sólo deben ser ultrafinas, sino también absolutamente densas, sin huecos y uniformes", explica Marc Böke. Los tornillos de ajuste para ello son múltiples. Por un lado, depende de la mezcla de gases. El oxígeno atómico es un elemento especialmente importante. También es significativa la presión a la que se opera el plasma. Asimismo, la geometría del reactor y la elección de la fuente de energía influyen en lo que ocurre en el plasma y en cómo afecta a las superficies circundantes. Por ejemplo, un plasma adecuado puede ser encendido por microondas, pero también por radiofrecuencia acoplada inductiva o capacitivamente. "En general, son posibles diferentes tamaños de reactores de plasma, hasta las enormes dimensiones necesarias para revestir cristales enteros de edificios de gran altura", afirma el profesor Peter Awakowicz, titular de la cátedra de Ingeniería Eléctrica y Tecnología del Plasma.

Hubo que desarrollar técnicas de medición

Los investigadores han conseguido poco a poco entender y perfeccionar muchos aspectos de los posibles procesos. Por ejemplo, las botellas de PET se limpian y activan antes del recubrimiento, también mediante plasma. Pero aquí también cambia la superficie de la botella, lo que a su vez influye en el recubrimiento posterior. Las mediciones de los flujos de partículas durante la limpieza revelaron lo que ocurre en el proceso. Si se tienen en cuenta todos estos aspectos durante la limpieza y el proceso se desarrolla de forma óptima, esto influye considerablemente en el éxito del recubrimiento posterior: "Pudimos aumentar la impermeabilidad, que inicialmente era de un factor 100 (dependiendo del material del sustrato), a un factor 500 mediante el ajuste correcto de la limpieza previa", dice Peter Awakowicz.

La última aplicación, en la que se está trabajando actualmente, hace de la necesidad virtud: si lo que se desea es que las capas sean lo más densas y libres de defectos posibles, los defectos como los poros diminutos en el recubrimiento son casi imposibles de evitar. Gracias a ellos, los equipos de investigación pueden utilizar el recubrimiento de plasma para desarrollar membranas de filtración que no se hinchan y que presentan propiedades hasta ahora desconocidas. Pueden desalinizar agua o separar gases entre sí, como el oxígeno delCO2.

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