Las capas intermedias finas refuerzan los materiales multicapa: satélites fríos y electrónica flexible
Superligera, superflexible, superaislante: una película de polímero recubierta de aluminio se utiliza para proteger los satélites de temperaturas extremas. Los investigadores de Empa Thun lo hacen aún más resistente gracias a una capa intermedia muy fina. La electrónica flexible y los sensores médicos también podrían mejorarse de este modo.
¿Quién no reconoce la imagen arquetípica de un satélite? Dos "alas" solares extendidas y un cuerpo compacto envuelto en una brillante lámina dorada o plateada. Los investigadores del laboratorio de Mecánica de materiales y nanoestructuras del Empa de Thun trabajan precisamente en esta lámina.
Su uso generalizado ya lo delata: la lámina es importantísima para satélites y sondas espaciales. Es lo que se conoce como "aislamiento multicapa" o superaislamiento. Consiste en varias capas de un polímero robusto con un fino revestimiento metálico, normalmente de aluminio. En la Tierra, la película recubierta puede encontrarse, por ejemplo, en forma de mantas de salvamento.
A bordo de las naves espaciales, el superaislamiento protege los componentes electrónicos de las fluctuaciones de temperatura. "En los satélites en órbita terrestre baja, la diferencia de temperatura entre el lado opuesto al sol y el lado orientado hacia el sol es de unos 150 grados", explica Barbara Putz, investigadora de Empa. "Sin embargo, la electrónica funciona mejor a una temperatura ambiente de 25 grados centígrados". Al estar expuesto directamente a las condiciones del espacio, el propio superaislante tiene que aguantar mucho.
Como base polimérica para la estructura de película fina se suele utilizar poliimida extremadamente resistente. Además de su resistencia a la temperatura y al vacío, este plástico se caracteriza porque la capa de aluminio se adhiere especialmente bien a él. "La razón es una capa intermedia de unos pocos nanómetros de grosor que se forma entre el polímero y el aluminio durante el recubrimiento", explica Putz. El investigador quiere ahora investigar más a fondo esta capa intermedia y utilizarla de forma específica. La capa no sólo debería permitir un mejor superaislamiento para futuros satélites, sino también acelerar el desarrollo de la electrónica flexible en la Tierra. Para este proyecto de investigación recibió en 2020 la beca Ambizione de la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia (FNS).
Cinco nanómetros marcan la diferencia
Para comprender con precisión la capa intermedia y sus efectos en las propiedades del material, Barbara Putz y su estudiante de doctorado Johanna Byloff optaron por un sistema modelo sencillo: una película de poliimida de 50 micrómetros de espesor recubierta con 150 nanómetros de aluminio. Entre el metal y el plástico, las investigadoras aplicaron una capa de óxido de aluminio de sólo cinco nanómetros. Trabajar con una capa intermedia tan fina es todo un reto. Para garantizar un procesamiento limpio, los investigadores utilizan una máquina de recubrimiento de la empresa derivada de Empa Swiss Cluster AG, fundada en 2020 por investigadores del laboratorio de "Mecánica de Materiales y Nanoestructuras". El dispositivo permite aplicar varios procesos de recubrimiento en sucesión a la misma pieza de trabajo sin sacarla de la cámara de vacío.
"Nuestra combinación de materiales es la misma que se utiliza en aplicaciones espaciales, como la sonda europea de Mercurio BepiColombo o el escudo solar del telescopio espacial James Webb de la NASA", explica Byloff. "Sólo que allí la capa intermedia de óxido se forma de forma natural, mientras que nosotros la producimos específicamente, lo que nos permite ajustar las propiedades". El escudo solar del telescopio espacial, que mide 21 por 14 metros, también ilustra las exigencias a las que se ve sometido el material en el espacio. Además de las grandes diferencias de temperatura, las capas aislantes también están expuestas a tensiones mecánicas. "Por un lado, el escudo solar se guardó al lanzar el telescopio y tuvo que desplegarse en el lugar de despliegue sin que las capas se rasgaran o se separaran unas de otras", explica Byloff. "En segundo lugar, las partículas y los desechos espaciales pueden dañar la película. Es importante que el daño permanezca localizado y no se extienda en forma de largas grietas por toda la superficie".
De los satélites a los sensores médicos
Los investigadores pusieron a prueba su película modelo, la sometieron a pruebas de estiramiento y choques térmicos y la caracterizaron química y físicamente. El resultado: la capa intermedia hace que el material sea más elástico y mucho más resistente a los desgarros y las fuerzas de cizallamiento. A continuación, los investigadores quieren variar el grosor de la capa y aplicarla a otros sustratos poliméricos. "La capa intermedia natural sólo se forma en poliimida y con un grosor de cinco nanómetros, lo que limita su utilidad", afirma Barbara Putz. "Esperamos que nuestra capa intermedia artificial permita sistemas multicapa sobre otros polímeros que antes estaban descartados debido a la escasa adherencia del revestimiento".
El aislamiento de satélites no es el único campo en el que se demandan sistemas multicapa flexibles. Putz y Byloff también ven un amplio campo de aplicación para su investigación en el ámbito de la electrónica flexible, que también se basa en sustratos poliméricos recubiertos de metal. Los componentes de capa fina de los dispositivos electrónicos suelen tener varias capas de distintos materiales. Pero también en este caso podrían mejorarse las propiedades mecánicas mediante el uso selectivo de finas capas intermedias. Así podrían crearse dispositivos plegables o enrollables, tejidos inteligentes y sensores médicos flexibles, por ejemplo.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
Publicación original
Johanna Byloff, Vivek Devulapalli, Daniele Casari, Thomas E. J. Edwards, Claus O. W. Trost, Megan J. Cordill, Shuhel Altaf Husain, Pierre‐Olivier Renault, Damien Faurie, Barbara Putz; "From Mechanics to Electronics: Influence of ALD Interlayers on the Multiaxial Electro‐Mechanical Behavior of Metal–Oxide Bilayers"; Advanced Functional Materials, 2025-11-27
Johanna Byloff, Claus Othmar Wolfgang Trost, Vivek Devulapalli, Shuhel Altaf Husain, Damien Faurie, Pierre-Olivier Renault, Thomas Edward James Edwards, Megan J. Cordill, Daniele Casari, Barbara Putz; "Atomic Layer-Deposited Interlayers for Robust Metal–Polymer Interfaces"; ACS Applied Materials & Interfaces, Volume 17, 2025-7-8
Más noticias del departamento ciencias
Noticias más leídas
Más noticias de nuestros otros portales
Algo está pasando en la industria química ...
Así es el verdadero espíritu pionero: Muchas start-ups innovadoras están aportando ideas frescas, savia nueva y espíritu emprendedor para cambiar el mundo del mañana a mejor. Sumérjase en el mundo de estas jóvenes empresas y aproveche la oportunidad de ponerse en contacto con los fundadores.