Fabricación de nanocolumnas por sputtering: fundamentos y aplicaciones en medicina, energía y el sector aeroespacial

Trabajo presentado en el LXIII Congreso Nacional de Física (México), celebrado en línea, del 4 al 9 de octubre de 2020En esta conferencia, mostraré cómo se fabrican arreglos de nanocolumnas (nanocolumn arrays) mediante pulverización catódica de tipo magnetrón (magnetron sputtering) empleando configuración de ángulo rasante (GLAD, por las siglas de Glancing Angle Deposition). Como el proceso se realiza a temperatura ambiente en un solo paso y sin involucrar productos químicos (el único residuo es gas argón, que puede evacuarse al exterior), es una técnica energéticamente eficiente y respetuosa con el medio ambiente. Veremos que la formación de nanocolumnas es el resultado del sombreado atómico cuando los átomos alcanzan la superficie con una distribución de momento altamente direccional, y posibles procesos hipertérmicos asociados a su alta energía cinética. Dependiendo de varios parámetros (como la presión del gas, el ángulo de inclinación del sustrato y su posible rotación), la estructura nanocolumnar puede controlarse, dando lugar a diferentes morfologías [1-6]. Además, hemos demostrado que esta metodología puede escalarse a grandes superficies, por lo que se podría emplear para la producción industrial de recubrimientos nanoestructurados [7]. Mostraré varias aplicaciones que hemos demostrado recientemente de estos sistemas nanocolumnares. En medicina, como recubrimientos antibacterianos para implantes ortopédicos [7-9], como sustratos para identificación de biomoléculas mediante SERS [10] y como electrodos para estimulación celular [11]. En energía, como recubrimientos de metal negro en el visible [5] y como electrodos nanoestructurados para células solares de perovskita [12]. Por último, en el sector aeroespacial, como recubrimientos para impedir el efecto multipactor [13]. Referencias: [1] J.M. García-Martín et al., Appl. Phys. Lett. 97, 173103 (2010) [2] R. Alvarez et al., Nanotechnology 24, 045604 (2013). [3] R. Alvarez et al., Plasma Process. Polym. 11, 571 (2014). [4] R. Alvarez et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 49, 045303 (2016). [5] A. Vitrey et al., Beilstein J. Nanotechnol. 8, 434 (2017) [6] R. Alvarez et al., Nanotechnology 30, 475603 (2019) [7] R. Alvarez et al., Nanomaterials 9, 1217 (2019) [8] I. Izquierdo-Barba et al., Acta Biomaterialia 15, 20 (2015). [9] D. Medina-Cruz et al., Nanomed.-Nanotechnol. Biol. Med. 17, 36 (2019) [10] P. Díaz-Núñez et al., Scientific Reports 9, 13933 (2019) [11] Solicitud de Patente P202030626, Junio 2020. [12] Z. Hu et al., ACS Applied Materials & Interfaces 12, 5979 (2020) [13] G. Troncoso et al., Appl. Surf. Sci. 526, 146699 (2020