Avilés/UCC+i FICYT.-Investigadores del ITMA Materials Technology, con sede en Avilés, han patentado los nanoanillos de plata. La nueva estructura nanométrica podría mejorar la transparencia y conductividad de las pantallas táctiles, tanto rígidas como flexibles, y aumentar el rendimiento de las células solares, entre otras aplicaciones.

Hace escasos meses, cuando los científicos de la sede avilesina del ITMA Materials Technology creaban nanohilos de plata, encontraron algo fuera de lo habitual: “Estaba observando al microscopio electrónico una muestra de los últimos nanohilos que habíamos fabricado cuando vi allí en medio un anillo”, relata Luis J. Andrés, investigador del Área de Energía.

Corrobora la sorpresa del momento Mª Fe Menéndez, investigadora del mismo centro: “Acto seguido, nos pusimos a buscar exhaustivamente en la superficie de toda la muestra, y encontramos más nanoanillos”, afirma.

Tras revisar todas las fabricaciones anteriores, los investigadores hallaron que cuando habían sintetizado nanohilos con longitudes y grosores determinados, también aparecían nanoanillos que en un primer momento habían pasado desapercibidos. 

Un hallazgo que les llevó a concluir que, bajo determinadas condiciones, los hilos suficientemente largos y finos pueden doblarse hasta que sus dos extremos se encuentren y se cierre el círculo. Los nanoanillos fabricados tienen un diámetro de entre 14 y 60 micras, aunque “hay un valor óptimo que permite obtener la mayor conductividad y transparencia”, admiten los investigadores.

Ahora, y tras haber registrado la patente tanto de la nueva estructura nanométrica como del método para obtenerla, los investigadores se han volcado en sistematizar la síntesis de estos nuevos nanomateriales.

Como señala Luis J. Andrés, “para nosotros es esencial controlar la producción a escala industrial de  los nanoanillos, de tal forma que podamos ofrecer al mercado una fabricación estable y en cantidades adecuadas, que puedan utilizarse para manufacturar bienes de consumo”.

Un planteamiento que les ha llevado a escalar la producción de forma destacable: “Estamos alcanzando de forma sistemática estable y volúmenes de reacción en torno al medio litro, que son billones de billones de nanohilos, mientras que en los procesos de fabricación habituales de nanoestructuras metálicas los volúmenes de reacción son del orden de 50 ml”, afirma el investigador.

Un mikado nanométrico

Actualmente, el material más utilizado para fabricar materiales conductores y transparentes es el óxido de estaño e indio, conocido como ITO por sus siglas en inglés. Pero, según David Gómez, “no sólo es un inconveniente el hecho de que el indio sea escaso, sino que además, el proceso de fabricación del ITO es costoso y no se puede utilizar para dispositivos que sean flexibles”.

Por estas razones, los investigadores del ITMA buscan alternativas para desarrollar materiales conductores y transparentes, principalmente a partir de nanoestructuras de plata; una solución “con muy buena relación entre precio y conductividad”, defiende Luis J. Andrés.

Para explicar el principio de funcionamiento de los nanohilos de plata, el investigador recurre a la imagen del popular juego de mesa que comienza dejando caer numerosos palitos, que simulan los nanohilos, al azar sobre una superficie: “Cada uno de los puntos en que cada palito toca a otro es un contacto eléctrico”.

Por eso, continúa el investigador, cuanto más largos son los filamentos, más posibilidades hay de que utilizando una cantidad menor de hilos se toquen y creen una red entre ellos que conduzca la corriente eléctrica.

“Al fabricar nanohilos más largos podemos emplear una menor cantidad, con lo que obtenemos una mayor transparencia, reforzada también por la reducción de grosor que hemos conseguido”, concluyen Luis J. Andrés y Mª Fe Menéndez.

Los nanohilos fabricados en el ITMA tienen hasta 150 micras de largo, si bien la longitud media se sitúa en torno a las 100 micras, y el grosor es de entre  40 y 250 nanómetros. En definitiva, indica  David Gómez, director del Área de Energía del centro tecnológico, “hemos conseguido una relación entre longitud y grosor de uno a mil,  el mismo aspecto que tendría una varilla de 1 milímetro de diámetro y 1 metro de longitud; mientras que las relaciones habituales en el mercado son del orden  de 1 a 500”.

Posibles aplicaciones

Tal y como indican los investigadores del ITMA, “al ser estructuras cerradas, los nanoanillos tienen una ventaja frente a los nanohilos, y es que la superficie que encierra cada círculo tiene su conductividad eléctrica asegurada, y puesto que nada obstruye el paso de luz, permiten alcanzar una mayor transparencia que en los materiales tratados con nanohilos”.

Ambos tipos de nanoestructuras podrían aplicarse a la fabricación de pantallas de teléfonos y dispositivos móviles con mayor nivel de transparencia y menor consumo de batería, incluso en dispositivos flexibles. También permitirían mejorar el rendimiento de las actuales células fotovoltaicas: “Aplicamos los nanohilos en una suspensión, igual que si fuera una pintura, por lo que no sería necesario alterar las células solares”, afirma Luis J. Andrés.

Otra posible aplicación de los nanohilos de plata son los espejos de alta reflectividad, utilizados en satélites y generación de energía termosolar: “Nuestros últimos ensayos nos están dando resultados del  96,5% de reflectividad, frente a recubrimientos basados en nanopartículas de plata, desarrollados por el ITMA en los últimos años, donde sólo se alcanzan valores del 95%, destacan los investigadores.

Mientras continúan escalando el proceso de fabricación, los investigadores del ITMA explican que están estudiando posibles técnicas para mejorar la conductividad obtenida, que se encuentra dentro de los valores que alcanza el ITO. Según Luis J. Andrés, “al soldar los anillos entre sí, conseguimos reducir la resistencia y aumentar la conductividad entre un 30 y un 45%. Otra línea de investigación que ya tenemos en marcha es utilizar la sinergia comprobada entre los nanohilos de plata y el grafeno”.

FOTO: Nanoanillo de plata observado al microscopio electrónico de barrido. Foto: ITMA