Superficies - Laboratorio Tandar

Menú
Grupos de Trabajo
Actividades Científicas
Actividades Académicas
Eventos
Ciclo de Seminarios
Otros Sitios de Interés
Laboratorio Cero
Página Inicial CNEA
Inicio » Grupos de Trabajo > Departamento Física Experimental > Líneas de Trabajo >
Superficies
Superficies
Se llevan a cabo investigaciones acerca de materiales en base a
carbono, realizándose depósitos y caracterizando el material obtenido:
Diamante
Ud. puede obtener más
información
sobre
el
DEPARTAMENTO FÍSICA
EXPERIMENTAL con el
responsable de la actividad
Dra. Maria Elba Reinoso
<[email protected].
ar>
Grafeno
Carbono amorfo (a-C)
Diamante
El diamante es un material con múltiples aplicaciones en las industrias de
micro-electrónica, óptica y mecánica. En los últimos años se ha extendido aún
más la utilización de diamante a la fabricación de sensores de radiación para
radioterapia, detectores de neutrones, detectores de UV y ultravioleta lejano,
dispositivos MEMS, sensores de radiación en experimentos de física de alta
energía, etc.
El equipamiento necesario para realizar la síntesis y crecimiento de
diamante fue desarrollado en nuestro laboratorio y actualmente se halla en
proceso de expansión para aumentar considerablemente el área depositada.
En el grupo de superficies se realizan tanto crecimiento de diamantes
monocristalinos, como recubrimientos de películas de diamante.
Diamantes monocristalinos
Se utiliza la técnica de plasma por microondas para crecer diamantes con
baja densidad de defectos sobre semillas de diamante de menor calidad.
Películas de diamante
Se depositan sobre diferentes substratos según la aplicación requerida,
también mediante la técnica de plasma por microondas.
Se producen películas de unos pocos micrones de espesor, para
aplicaciones mayoritariamente mecánicas y tribológicas, hasta películas de
espesores considerables que, al desprenderse del substrato, poseen la
suficiente resistencia estructural para resultar autoportantes.
volver arriba
Grafeno
El grafeno es una estructura cristalina de dos dimensiones formada
únicamente por átomos de carbono. Éstos se encuentran dispuestos en una red
conocida como panal de abejas, formando una lámina de un átomo de espesor.
Gran cantidad de estas láminas de grafeno dispuestas unas sobre otras de
forma apropiada forman lo que se conoce como grafito.
Estructura de grafeno
El grafeno presenta propiedades únicas, distintas a las del grafito y con
gran potencial para diversas aplicaciones en campos como la electrónica, la
ingeniería biológica, la energía solar fotovoltaica y el almacenamiento de
energía, entre otros.
Uno de los métodos más prometedores para la producción de grafeno
de buena calidad a nivel industrial es el crecimiento por depósito químico en
fase vapor (CVD) sobre sustratos de cobre. Desde el 2013 estamos utilizando y
optimizando dicho método en nuestro laboratorio con un equipo de desarrollo
propio. El procedimiento involucra el recocido de una lámina de cobre a
temperaturas cercanas a los 1000 °C en una atmósfera de argón y metano
dentro de una cámara de vacío. Un proceso de catálisis produce la ruptura de
las moléculas de metano sobre el cobre y los átomos de hidrógeno se liberan
mientras el carbono queda sobre el sustrato. Dada la movilidad del carbono
sobre la superficie caliente del cobre y mediante su unión con otros átomos de
carbono se va formando la estructura del grafeno.
Equipo para depósito de grafeno
Uno de los métodos de caracterización más importantes de grafeno,
del que se obtiene mucha información sobre su calidad, es la espectroscopia
Raman. Con un micro-espectrómetro de última generación, analizamos los
resultados producidos en nuestro equipo de depósito.
Intensidad (u.a.)
I2D/IG >> 2
1000
2D
G
1250
1500
1750
2000
2250
2500
2750
3000
-1
Raman shift (cm )
Espectro Raman de grafeno depositado sobre cobre.
volver arriba
Carbono amorfo (a-C)
A fines del siglo XX se comenzó a trabajar activamente en diferentes
laboratorios del mundo en establecer métodos para producir películas delgadas
de diamante y diamond-like (DL) o carbono amorfo (a-C), estudiar los
mecanismos de crecimiento de estos materiales y analizar su estructura
microscópica. En particular las películas de a-C se producen fundamentalmente
por medio de plasma o de haces de iones y el producto resultante es un sólido
formado por átomos de carbono (eventualmente también hay hidrógeno en el
método de plasma) unidos entre si en una intrincada red de enlaces tipo
diamante y tipo grafíticos. Este material es químicamente inerte, muy buen
conductor térmico (mejor que el cobre o la plata), aislante eléctrico y a demás
es un material biocompatible (no es rechazado por el organismo). Estos
recubrimientos tienen diversas aplicaciones, destinadas a proteger la superficie
del desgaste por abrasión, rozamiento o acción química, puede pensarse su uso
en elementos tan diferentes como pueden ser herramientas de cortes hasta
prótesis.
A partir del año 1991 en el Grupo de Superficies se comenzó a trabajar en
el tema de recubrimientos duros de carbono y se desarrolló un método
novedoso para producir una película de a-C por medio de un haz de
hidrocarburos de alta energía (alta respecto de los métodos convencionales, 30
keV en lugar de 100 eV). El gas precursor para este proceso es metano (CH 4),
del que se obtiene un haz de iones CH3+ y CH4+, el cual se hace incidir sobre el
sustrato a recubrir. Este método permite recubrir sustratos metálicos o no con
muy buena adherencia. Estas películas de a-C típicamente tienen un espesor de
1 micrómetro.
Este procedimiento dio origen a una patente aceptada en Argentina,
Comunidad Europea y EE.UU, Nº 07/988,765 titulada "Procedure for forming on
a solid substrate a pellicle with properties similar to diamond".
Por otra parte, este grupo ha investigado como varían las condiciones de
depósito y características del a-C si se incorpora en el proceso nitrógeno (dando
lugar a películas a-C:N) o silicio (a-SixC1-x) en distintas proporciones. También se
ha trabajado en un método alternativo para depositar carbono amorfo que
pueda ser implementado a escala industrial. En este contexto se han realizado
investigaciones para optimizar la adherencia de estas películas sobre acero y se
ha desarrollado un método que dio lugar a una nueva patente ("Método para
recubrir sustratos metálicos con una película de carbono amorfo duro").
Muestra de desgaste en una cuchilla de acero (arriba) y una de acero recubierta
con a-C (abajo).
volver arriba
Contacto
Av. Gral Paz y Constituyentes, San Martín, Pcia. de Buenos Aires, Argentina
Tel: (54-11) 6772-7007 - Fax: (54-11) 6772-7121