2021-01-28Manipulador de muestras de plasma facilita la fabricación de celdas solares
Agencia de Noticias UN |Con elementos que se consiguen en el mercado, investigadores de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales desarrollaron un dispositivo que a partir de un sistema de movimientos –especialmente de inclinación y rotación– genera estructuras nanométricas –es decir de dimensiones similares al resultado de dividir un cabello humano en 1.000 partes– apropiadas para desarrollar celdas solares y termoeléctricas. El dispositivo cuenta con registro de propiedad industrial de la Superintendencia de Industria y Comercio (SIC), otorgado el 30 de octubre de 2020.Hasta el momento la manipulación de muestras y materiales a escala nanométrica es una técnica que se utiliza en los laboratorios de física del plasma, donde se estudian los electrones e iones que están presentes en el 99 % del universo visible, y permite entregar propiedades adicionales a las superficies que se someten a procedimientos específicos.
El plasma se conoce como el cuarto estado de la materia, y se da cuando un gas –neón, argón o cualquier otro– se somete a energía en forma de campo eléctrico, lo cual lo desbalancea, es decir que se le retiran electrones y queda con partículas cargadas tanto positiva como negativamente. Así, el gas queda muy reactivo y reacciona fácilmente ante cualquier otra situación.
Esta característica se aprovecha para realizar los experimentos que en el laboratorio se hacen con plasma y cuyo objetivo es aprovechar sus aplicaciones industriales, no solo para crear recubrimientos que cambien la superficie de una herramienta y aumenten su vida útil, sino para hacer recubrimientos biocompatibles y de aplicaciones biomédicas.
Su uso en procesos industriales, como el tratamiento de superficies con recubrimientos de carbono –que se puede utilizar para mejorar la durabilidad de brocas o adaptar implantes en prótesis– o el estudio de emisión de rayos X de baja energía para posibles aplicaciones en la industria electrónica o imagenología médica, tiene hoy una oportunidad excepcional de aplicación en el entorno industrial convencional, gracias a la investigación desarrollada por Sebastián Mendoza Rincón, magíster en Ciencias Físicas y Santiago Ospina Arroyave, estudiante de Ingeniería Física.
En el campo de la nanotecnología, este tipo de desarrollos representan para el país hallazgos pequeños a la vista, pero grandes para la ciencia.
El manipulador de muestras sigue el sistema de movimientos que mediante la inclinación o la rotación facilita el acople de una superficie para generar estructuras muy pequeñas, de tipo nanómetros. Así, le otorga propiedades especiales que facilitan el aumento de la eficiencia de las nuevas superficies o instrumentos fabricados en el Laboratorio de Plasma y que permiten entregar propiedades adicionales a las superficies recubiertas con plasma, como las celdas solares o termoeléctricas.
“Imagínense un campo cuadrado de 200 m de lado, cubierto por hierba de 2 cm de altura que crece hacia una lámpara solar llevada por un helicóptero que vuela a una distancia de 3 km. A medida que el helicóptero se mueve, la hierba crece hacia él, y por lo tanto adquiere las formas deseadas. En nuestro caso, la lámpara está quieta y el campo se mueve”, así describió el proceso el magíster Rincón.
Explicó además que “este desarrollo tiene varias ventajas, la más destacable es que es una adaptación única en el país, sin referencia de similitud existente, lo que favorece, por ejemplo, un valor comercial menor en el costo de las superficies que se manipulen y con unas condiciones técnicas especiales entre las que se encuentran que el manipulador permite dos grados de libertad en el manejo de aumento del volumen de las superficies”.
El estudiante Ospina destacó que “con solo hacer un cambio en las superficies, el manipulador permite alcanzar en promedio un 6 % de eficiencia por ejemplo en celdas solares que después convierten los rayos en luz eléctrica”.
Agregó que “el uso con láminas de silicio, por ejemplo para la aplicación en sensores que detectan moléculas o la presencia de microbios, también puede elevar su eficiencia a partir del uso de este manipulador de muestras”.
Así funciona el manipulador
Según sus creadores, el dispositivo puede generar 6 tipos de estructuras para varias aplicaciones. Tiene 2 motores (ergomotores de alta precisión) que son las únicas piezas importadas porque los demás componentes se encuentran en el mercado nacional.
La mayoría de sus usos en el mundo son en laboratorio, pero con este desarrollo se puede escalar a nivel industrial pues permite generar estructuras en un solo paso y por un valor aproximado de 5 millones de pesos.
Montaje experimental para medir repetibilidad en la inclinación y la rotación del sistema de movimiento GLAD.
“Básicamente lo que se hace es una plantilla, que luego se revela y después se saca un negativo modificado, con otro ingrediente muy especial y que da ventaja, y es que no es un proceso contaminante puesto que se usan materiales limpios y de cero emisiones como gases nobles”, describió el magíster Mendoza.
Con el manipulador se abre un nuevo y amplio campo investigativo en el país en temas relacionados con sensores, dado que ya se cuenta con un dispositivo que permite nanolitografía, lo cual quiere decir generar nanoestructuras que llevan a la manipulación de la materia a escalas muy pequeñas, una técnica que los investigadores han calificado como “relativamente nueva”.
Para Paulina Flórez Arboleda, profesional de Gestión y Propiedad Intelectual de la UNAL Sede Manizales, “este trabajo que ya cuenta con el registro de la SIC es trascender a la parte industrial más allá de los archivos científicos. La propiedad industrial nos da una protección de la creación por 10 años, una década de derecho exclusivo en la cual podremos avanzar en la difusión comercial del manipulador de muestras que, como ya se ha expresado, permite modificar propiedades ópticas, celdas y sensores, ofreciendo un control preciso de las formas y con un procesamiento más rentable comparado con los equipos existentes hoy en el mercado internacional”.
“La importancia de este registro no tiene que ver solo con la obtención de una nueva tecnología, sino también con la manera como esta impactará al sector industrial del país, ávido por la generación de conocimiento local”, concluye.
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