R+D CSIC

Nanoquim: materials avançats a escala nanomètrica

Els laboratoris de la Plataforma Nanoquim, a l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona del CSIC, estan especialitzats en la preparació de materials nanoestructurats. Aquí es poden obtenir nanopartícules, nanofils, nanorecobriments o acoblaments moleculars per diferents processos químics.

• Jornada Nanoquim: servei per crear materials nanoestructurats

Les propietats dels materials es veuen profundament modificades quan tenen dimensions nanomètriques. Tant la seva habilitat per desenvolupar noves funcionalitats electròniques o magnètiques, com la capacitat per emmagatzemar energia o generar-la a partir de la llum del sol; la seva eficiència per catalitzar reaccions químiques o la capacitat de transportar de forma controlada fàrmacs a cèl·lules ben determinades: totes aquestes característiques es veuen millorades de forma espectacular si es dissenya adequadament la seva estructura a l'escala nanomètrica.

Obtenir materials i dispositius a aquestes escales amb costos suficientment baixos i en grans dimensions requereix un plantejament totalment diferent del que havia perseguit fins ara: és l'anomenada aproximació "bottom up", de baix a dalt, en la qual la estructura dels materials s'aconsegueix ensamblant de forma dirigida i controlada els àtoms o les molècules seguint regles de la Física o la Química.

Això és el que fan als laboratoris de la Plataforma Nanoquim, l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona del CSIC, especialitzats en la preparació de materials nanoestructurats. Aquí es poden obtenir nanopartícules, nanofils, nanorecobriments o acoblaments moleculars per diferents processos químics.

Ofereixen serveis tècnics a les empreses i a grups de recerca en l'avaluació i la preparació de nous materials, i és l'únic laboratori del seu tipus a Catalunya, complementant les infraestructures de sala blanca existents en el Centre Nacional de Microelectrònica, més especialitzada en metodologies d' la micro i nanoelectrònica. El conjunt de les dues instal·lacions ha convertit el Barcelona Nanocluster de Bellaterra en un dels focus més potents del sud d'Europa en aquesta matèria.

Sala Blanca de Classe 10.000

Nanoquim consisteix en una Sala Blanca de 200 metres quadrats, de classe 10.000. Està formada per cinc laboratoris: Laboratori de Fotolitografía òptica avançada, Laboratori de caracterització de materials funcionals a la nanoescala, Laboratori de caracterització Físico-Química i Nanofabricació, Laboratori de Síntesi química i Laboratori d'humitat altament controlada per solucions no aquoses i creixement de nanoestructures.

Els usuaris de Nanoquim poden optar per tres modalitats d'ús: autousuarios, és a dir, usuaris que tenen prou coneixements tècnics com per treballar al laboratori de forma autònoma; usuaris que requereixen suport dels científics i tècnics del centre, i usuaris que contracten serveis realitzats per part del personal tècnic.

Nanocapes

Una de les aplicacions més versàtils d'aquestes tecnologies són les nanocapes, amb les que es poden cobrir i canviar les propietats d'una superfície. Teresa Puig, professora d'investigació del CSIC i responsable científica de la Plataforma Nanoquim explica: "hi ha multitud d'aplicacions possibles. Des recobriments per cel·les solars basades en l'electrònica plàstica degudament protegides de la humitat i l'erosió, a recobriments hidrofòbics, que repel·leixen l'aigua, per protegir eines o aconseguir teixits que no es mullin o que presenten una certa "intel·ligència" a través de la introducció de nanopartícules magnètiques, luminiscents o antibacterianes."

Una altra aplicació està en els dispositius electrònics. "S'han miniaturitzat tant els xips", diu Teresa Puig, "que cada vegada els transistors han de ser més petits de manera que els recobriments aïllants necessaris en els transistors han de tenir gruixos de només uns nanòmetres. Això es pot aconseguir amb la tècnica anomenada "Atomic layer deposition", basada en l'ús de precursors químics en fase vapor que s'adhereixen de forma controlada en els substrats dels xips.

Altres tècniques disponibles en els laboratoris de Nanoquim per obtenir nanocapes són la immersió, o la impressió per injecció de tinta, amb una impressora especial que utilitza una 'tinta' composta dels materials que formaran la nanocapa. O la metodologia anomenada Self Assembly Monolayer (SAM s), amb la qual s'aconsegueix crear monocapes de molècules per a aplicacions en l'electrònica plàstica.

Materiales nanocomposites

Els 'nanocomposites' és una enginyosa fórmula per combinar les propietats de dos materials diferents per generar una nova funcionalitat. La seva aplicació a l'obtenció de capes superconductores amb capacitats millorades és un dels desenvolupaments que va valer als investigadors de l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona dues publicacions a Nature Materials i un ampli reconeixement internacional.

A la plataforma Nanoquim es disposa de tecnologia per obtenir aquest tipus de nanocomposites, que combinen nanopartícules amb capes. En aquest cas, explica Teresa Puig, es sintetitzen primer nanopartícules en un forn de microones, s'estabilitzen en un solvent orgànic i es genera una suspensió estable.

Després es diposita sobre un substrat aquesta suspensió mitjançant la tècnica d'injecció de tinta i se sotmet a un tractament tèrmic generant una capa superconductora amb les nanopartícules embegudes. És així com els investigadors del centre van aconseguir cintes superconductores extraordinàriament millorades que podien generar camps magnètics molt intensos.

Els forns de síntesi per microones de què disposa Nanoquim permeten obtenir nanopartícules de 2 a 5 nanòmetres de diàmetre i molt homogènies en grandària. Aquestes nanopartícules poden usar-se per a objectius molt diversos, com ara el transport de fàrmacs, els sensors magneto-òptics o plasmònics o per afegir propietats avançades a productes tradicionals.

• Anterior
• Següent