Ingenieros decriben las formas de fabricación de nanosuperficies

Para la aplicación final de nanoestructuras se hace necesario un estricto control en su fabricación. Entre todas las numerosas técnicas de caracterización analítica, este trabajo, publicado en la revista Trends in Analytical Chemistry y desarrollado por el grupo de investigación de 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.

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 de forma individual.

Dentro de esta categoría se encuentran también los recubrimientos “camaleónicos” que, mediante cambios en su composición y estructura, adaptan sus propiedades a las condiciones del entorno. Otros ejemplos se pueden encontrar en recubrimientos ópticos para lentes o paneles arquitectónicos, contactos en microelectrónica, barreras de difusión en turbinas, o recubrimientos para implantes biomédicos

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). Por esta razón se suele depositar una capa adherente, de unos 50-100 nm de espesor y de metales como el Cr o el Ti. Esta especie de intercara tiene la misión de proteger al sustrato de la indeseable interdifusión de elementos a su interior. La estructura del recubrimiento puede ser tan compleja como se desee.

Además de las estructuras multicapa, se han desarrollado capas cuya composición varía con la profundidad. También se utilizan los sistemas denominados nanocompuestos, constituidos 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.