El trabajo recibe financiación del programa Emergia de la Consejería de Universidad
SEVILLA, 15 (EUROPA PRESS)
Un equipo de investigación del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMS), dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), y el Departamento de Física Aplicada I de la Universidad de Sevilla ha desarrollado un método que permite encapsular gases nobles como el helio a escala nanoscópica y analizar sus propiedades con precisión.
El trabajo ha recibido financiación del programa Emergia de la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía y del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades. Además, las mediciones de los nanoporos se realizaron en el microscopio electrónico de transmisión de alta resolución del ICMS, instrumento que se incorporó al laboratorio con cargo al programa europeo Regpot, para cuya consecución contaron con el soporte de la administración andaluza, según informa en un comunicado.
Así, este avance se centra en estructuras extremadamente pequeñas, los nanoporos, espacios vacíos en materiales sólidos que, en este caso, se llenan con helio, un gas conocido por su estabilidad. Su estudio es crucial porque sus propiedades podrían aprovecharse para mejorar tecnologías aplicadas a la experimentación nuclear, catálisis o la fabricación de dispositivos ópticos.
Otra novedad del estudio ha sido utilizar silicio amorfo para encapsular el helio, un material que ofrece un equilibrio entre facilidad de fabricación, flexibilidad y compatibilidad con tecnologías avanzadas. Hasta ahora para crear estas estructuras se recurre principalmente al argón, otro gas noble pero que apenas se acumula en la lámina.
En contraste, los nanoporos de helio ofrecen alta densidad y presión interna del gas atrapado. De este modo aspiran a soluciones más compactas y eficientes que la criogenia, que requiere mantener el gas a temperaturas extremadamente bajas para almacenarlo en estado líquido, o a dispositivos de alta presión, que lo comprime a presiones muy altas.
“Comprobamos que estas estructuras a escala nanoscópica presentan características similares a las observadas en materiales fabricados mediante tecnologías de implantación más costosas, por lo que podría facilitar la aplicabilidad de manera más versátil y económica”, señala a la Fundación Descubre, organismo dependiente de la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación, la investigadora del ICMS Asunción Fernández, coautora del estudio.
Como reflejan en el artículo ‘On the characteristics of helium filled nano-pores in amorphous silicon thin films’, publicado en la revista Applied Surface Science, el primer paso de la investigación fue conseguir láminas nanoporosas mediante pulverización catódica. Esta técnica transforma un material sólido en vapor, lo condensa y lo deposita sobre una superficie.
Al aplicar este método con helio en lugar de argón obtuvieron una modificación significativa: poros de tamaño nanométrico rellenos de átomos del gas pulverizado distribuidos por toda la capa. Para explorar las propiedades internas de los nanoporos utilizaron microscopía electrónica de transmisión, obteniendo imágenes detalladas de la morfología y distribución de los poros, y espectroscopía de pérdida de energía de electrones para medir con precisión la densidad y presión del helio atrapado.
La combinación de estas herramientas y cálculos teóricos avanzados permitió validar modelos predictivos sobre el comportamiento del gas confinado. Para ello contaron con la colaboración de investigadores de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) y la Old Dominion (Estados Unidos).
“La aportación de los expertos teóricos ayudó a predecir cómo cambia el desplazamiento de la señal del helio, observado en las medidas espectroscópicas, en función de la densidad del gas dentro de los poros, comparándolo con los valores conocidos para helio en fases condensadas o encapsulado en burbujas en otros materiales. Así se obtuvieron valores cuantitativos fiables de su densidad y presión, logro que no era posible con métodos experimentales aislados”, subraya la investigadora del ICMSE.
APLICACIONES INDUSTRIALES Y CIENTÍFICAS
Aunque el trabajo se centra en entender las características del material, se avanza también en la aplicabilidad a nivel científico e industrial. Por ejemplo, en campos como la fabricación de dispositivos ópticos. “Al introducir porosidad en materiales se puede modificar y ajustar su índice de refracción, lo que es útil para diseñar lentes y filtros ópticos con propiedades específicas”, destaca Bertrand Lacroix, coautor del estudio.
Además, han comprobado que las láminas desarrolladas pueden actuar como revestimientos antirreflectantes más eficientes, mejorando la transmisión de luz en dispositivos como paneles solares.
También destaca la aplicación en catálisis, pues gracias a la nanoporosidad conseguida aumenta la superficie activa y mejora la eficiencia catalítica de las láminas. Este punto es clave para obtener hidrógeno de manera más eficiente.
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