Un equipo de investigación del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMS), que forma parte del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), en colaboración con el Departamento de Física Aplicada I de la Universidad de Sevilla, ha logrado un avance significativo en el ámbito de la ciencia de materiales. Este grupo ha desarrollado un método innovador para encapsular gases nobles como el helio a escala nanoscópica, permitiendo un análisis preciso de sus propiedades. Este proyecto ha recibido financiación del programa EMERGIA, respaldado por la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía y el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades.
Las mediciones realizadas sobre los nanoporos fueron efectuadas utilizando un microscopio electrónico de transmisión de alta resolución, una herramienta que se integró al laboratorio gracias al programa europeo REGPOT, con apoyo administrativo andaluz. Este avance se centra en estructuras diminutas conocidas como nanoporos, que son espacios vacíos dentro de materiales sólidos donde se introduce helio, un gas caracterizado por su estabilidad. El estudio es fundamental ya que las propiedades del helio podrían ser utilizadas para mejorar diversas tecnologías en campos como la experimentación nuclear y la fabricación de dispositivos ópticos.
Innovaciones en el uso del silicio amorfo
Una característica notable del estudio es el uso de silicio amorfo para encapsular el helio. Este material proporciona un equilibrio entre facilidad en la fabricación, flexibilidad y compatibilidad con tecnologías avanzadas. Hasta ahora, para crear estas estructuras se utilizaba principalmente argón, otro gas noble que no se acumula eficientemente en las láminas. En contraste, los nanoporos llenos de helio presentan una alta densidad y presión interna del gas atrapado.
El objetivo es desarrollar soluciones más compactas y eficientes que los métodos tradicionales basados en criogenia o dispositivos que operan a altas presiones. Según Asunción Fernández, investigadora del ICMS y coautora del estudio, “las estructuras a escala nanoscópica muestran características similares a las obtenidas mediante tecnologías más costosas, lo que podría facilitar su aplicabilidad de manera más versátil y económica”.
Avances en caracterización y aplicaciones prácticas
El artículo titulado ‘On the characteristics of helium filled nano-pores in amorphous silicon thin films’, publicado en la revista Applied Surface Science, detalla cómo se lograron 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 utilizando helio en lugar de argón, los investigadores obtuvieron poros nanométricos rellenos con átomos del gas distribuidos uniformemente.
Para investigar las propiedades internas de estos nanoporos, emplearon microscopía electrónica de transmisión y espectroscopía de pérdida de energía electrónica. Estas herramientas permitieron obtener imágenes detalladas y medir con precisión la densidad y presión del helio atrapado. La combinación de estas técnicas junto a cálculos teóricos avanzados facilitó la validación de modelos predictivos sobre el comportamiento del gas confinado.
Impacto industrial y científico
A pesar de que el enfoque principal es entender las características del material, también se están explorando aplicaciones científicas e industriales. Por ejemplo, al introducir porosidad en materiales ópticos se puede modificar su índice de refracción, lo cual resulta útil para diseñar lentes y filtros ópticos específicos. Bertrand Lacroix, coautor del estudio, destaca que “las láminas desarrolladas pueden servir como revestimientos antirreflectantes más eficientes” para mejorar la transmisión lumínica en paneles solares.
Además, esta investigación tiene implicaciones importantes en catálisis al aumentar la superficie activa y mejorar la eficiencia catalítica necesaria para producir hidrógeno. También se está utilizando como patrones para estudios nucleares relevantes en astrofísica. Fernández señala que “nuestras láminas permiten almacenar helio en cantidades extremadamente altas”, lo cual simplifica las medidas y análisis comparado con sistemas criogenizados más complejos.
Estos avances han sido validados mediante experimentos realizados exitosamente en centros como TRIUMF en Canadá y el Laboratorio Nacional de Legnaro (LNL) en Italia.
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