Diseñan nuevos materiales con cristales fotónicos que filtran la radiación

Las muestras diseñadas y los resultados obtenidos abren una vía para desarrollar, en un futuro, la técnica adecuada para obtener este tipo de materiales, aunque el resultado de las pruebas, que han sido realizadas con técnicas tradicionales de bajo coste, no ha sido el esperado. Así lo recoge su tesis doctoral 'Efectos de filtrado por recubrimiento de cristal fotónico' defendida en la Universidad Pública de Navarra (UPNA).

Los cristales fotónicos son materiales con unas estructuras que se repiten en el espacio y que tienen unas características específicas que permiten filtrar la radiación de diferente forma, entre otras propiedades. En la naturaleza se encuentran este tipo de materiales en la estructura de las alas de las mariposas Morpho menelaus, en la piel del camaleón o en piedras preciosas como los ópalos. "Las mariposas tienen una estructura que interactúa con la luz. Por ejemplo, la mariposa azul no tiene pigmentos de color azul sino que adopta ese color cuando su estructura interactúa con la luz", señala la doctora.

La investigación que ha llevado a cabo la física Paola Morales se ha basado en el uso de esferas para crear un recubrimiento de cristal fotónico con efecto de filtrado. La primera parte de la tesis se centró en el análisis del comportamiento de las esferas ante variaciones como la distancia entre ellas, el orden, la forma y el material de las esferas. "Utilicé canicas y gemas de decoración de unos pocos centímetros de diámetro para hacer las veces de esferas y esferoides respectivamente, con radiación "de gran tamaño": microondas. Estos ensayos se compararon con modelos realizados con ordenador y se comprobó que la coincidencia era "muy buena", han señalado.

Esto, sumado a que a pesar del tamaño, el comportamiento de la estructura frente a la radiación es el mismo, es decir, que se puede aplicar a nanómetros y a metros, o lo que es lo mismo, tanto para las ondas de luz como para las de sonido, nos ha servido para diseñar los filtros para radiación 'de pequeño tamaño': visible infrarrojo", ha apuntado la investigadora.

FABRICACIÓN DE BAJO COSTE

La segunda parte de la tesis consistió en intentar fabricar los materiales y crear una monocapa de esferas que filtrara la radiación visible y la infrarroja. Para abaratar costes, la investigadora utilizó esferas de tres materiales diferentes, entre ellos dióxido de titanio, un material económico que tiene alta permitividad dieléctrica. "Es el material que, por ejemplo, llevan los chicles y las pastas de dientes y es barato, pero el problema que tiene es que cuando son esferas de pequeño tamaño se pegan entre ellas. Nuestra propuesta, a diferencia de las que he han hecho hasta ahora con esferas dieléctricas sin separación entre ellas, era crear un recubrimiento de esferas con separación. Sin embargo, no conseguimos dispersarlas", ha indicado.

Los materiales obtenidos sí sirvieron para verificar el efecto de filtrado, pero la investigadora reconoce que tampoco obtuvieron las monocapas descompactadas deseadas. "Nuestra intención era diseñar una monocapa sin color, con visibilidad total y efecto de filtrado. Los recubrimientos actuales están compuestos, en la mayoría de los casos, de varias capas. En las gafas de sol, por ejemplo, para lograr la filtración se coloca una película pigmentada, que es bastante gruesa. Si aplicáramos una monocapa, necesitaríamos una cantidad de material muchísimo menor pero con el mismo efecto", ha explicado.

Aunque los investigadores señalan que los resultados de fabricación no se pueden considerar un gran éxito, el estudio de los ensayos y la detallada caracterización de las muestras obtenidas abren la puerta al desarrollo, en un futuro, de la técnica adecuada para obtener este tipo de materiales.