Semiconductores dentro de los Materiales Avanzados
Ciencia de los Materiales Avanzados
Visión del XV Seminario sobre Materiales Avanzados
Saludos mis estimados amigos de la comunidad científica #stem-espanol
El día 15 de Octubre se realizó el XV Seminario Internacional sobre Materiales Avanzados: Tecnologías de Vanguardia en la Universidad Pontificia Católica de Chile y pude asistir a las conferencias de invitados nacionales e internacionales que trataron el temas de este tipo de materiales. También tuve la oportunidad de presentar un Póster con algunos resultados inéditos sobre un nuevo material semiconductor e intercambiar puntos de vista con otros investigadores para ampliar el espectro de colaboración y desarrollar nuestros proyectos de forma rápida y precisa.
En esta publicación deseo presentar un par de videos relacionados con la metodología y desarrollo de la investigación científica con ayuda de herramientas computacionales y mis experiencias en la fabricación de los materiales semiconductores. También verán algunas fotografías del evento y algunas diapositivas presentadas por invitados al evento.
El campo de estudio de la Ciencia de Materiales es muy amplia y puede incluir a todos los elementos químicos de la tabla periódica, compuestos orgánicos e inorgánicos, materiales cerámicos, aleaciones a escala nanométrica o del tamaño de un avión, entre otras clasificaciones. Lo importante en este punto es que el desarrollo acelerado de la "Tecnología" en todas sus dimensiones, requiere de la participación de entidades: financieras, económicas, universitarias tanto del sector privado como público.
Giovanni Marín y Póster sobre nuevo semiconductor. Fuente: iamphysical
Precisamente hace 3 meses les presenté un artículo relacionado con Semiconductores, Investigación en Ciencia y Tecnología, donde expuse los procesos básicos de cómo obtener materiales semiconductores, desde la síntesis, pasando por la caracterización estructural, óptica y eléctrica hasta determinar la aplicación de estos compuestos en la fabricación de dispositivos optoelectrónicos.
Luego de esta breve introducción paso a comentarles algunos detalles de lo que fue presentado en este XV Seminario sobre Materiales Avanzados y lo primero que se me ocurre es definir ¿qué son los Materiales Avanzados?, ya que se ha establecido como una rama de estudio dentro de la Ciencia de Materiales y merece que sea comprendida esta área de investigación.
Adaptación de la Portada del Journal STAM 2015. Licencia CC-BY-SA-4.0 de NIMS.
Los Materiales Avanzados son todos aquellos que poseen propiedades superiores a los "materiales comunes" y que se pueden obtener mediante procesos económicos y no complejos. De esta manera caben en esta descripción los materiales cuyas propiedades físicas, estructurales y químicas sean extremadamente sensibles a los cambios controlados de presión, temperatura, volumen y campos electromagnéticos que conlleven a una acción de respuesta tecnológicamente aprovechable.
Y es aquí donde resalto la importancia de mi publicación Semiconductores y estímulos físicos, donde comenté sobre el comportamiento de un semiconductor ante la acción de un campo eléctrico o magnético, o ante el estímulo de luz o calor sobre este tipo de material, ya que este tipo de reacción es una de las características fundamentales para definir a un Material Avanzado.
El primer expositor de este Seminario fue el Dr. Carl Thompson, Director del Materials Research Laboratory (MRL) de la prestigiosa Massachusetts Institute of Technology. Por supuesto que habló de la trayectoria de este instituto en la investigación de materiales, resaltando los nuevos métodos y tecnologías para determinar la mejor ruta para la preparación y caracterización de estos materiales.
Él trabaja en la preparación y estudio de películas delgadas, donde el área de aplicación se corresponde a las nanoestructuras, por lo que debe realizar todo el proceso de síntesis por diferentes métodos y la caracterización estructural, óptica y eléctrica es la base para la fabricación final de esas nanoestructuras.
Presentación del Dr. Thompson. Fuente: iamphysical
Mi enfoque y atención máxima estuvo centrada en comprender el "Aprendizaje automático en investigación de materiales" "Machine Learning in Materials Research", la propuesta que presentó para ahorrar tiempo y dinero en la preparación de "nuevos materiales" con una mezcla de azar y esperar a ver que resulta del experimento.
Machine Learning in Materials Research. Fuente: iamphysical
La importancia de este planteamiento radica en obtener propiedades físicas y químicas reproducibles, que disminuyan los costos de producción y aumentando la eficiencia y tiempos de respuestas tecnológicas ante el avance acelerado de los requerimientos en el área militar, espacial, salud y medicina, entre otras, garantizando la calidad de sus productos en cuanto a durabilidad, funcionabilidad y otros productos agregados para el máximo provecho de la inversión en los Materiales Avanzados.
En esta parte si que tuve que recurrir a la "vieja escuela" para mantener mi posición de seguir elaborando la síntesis de mis materiales semiconductores controlando los parámetros: tiempo, temperatura, composición, pH y volumen para obtener un compuesto con las características adecuadas a mi sistema o dispositivo optoelectrónico. En parte tiene razón al tratar de establecer una guía en la referencias o artículos publicados que nos encamine por una ruta ya recorrida, para no repetir lo mismo sino tener esa información como base para ganar tiempo, pero también es cierto que así se realice la misma metodología o "receta química" es muy probable que la omisión de detalles experimentales nos lleven a resultados muy distintos de los reportados.
Sección de Póster. Fuente: iamphysical
Insistiendo en la planificación de una investigación científica enmarcada dentro de una línea de investigación sobre nuevos materiales, yo me presenté en este XV Seminario de Materiales Avanzados con los resultados preliminares sobre la síntesis y caracterización de un semiconductor ternario de cobre con la composición Cu:3 - Ga:7 - Te:12 y que tuvo la atención de varios asistentes, pero solamente 3 se atrevieron a consultarme.
Recuerdos fotográficos del evento. Fuente: iamphysical
La oportunidad de realizar intercambio científico siguió funcionando y esta vez contacté a un investigador que realiza la deposición de películas delgadas de TiO2 por el Método de Recubrimiento por Centrifugación "spin coating", calentando la muestra hasta 450 ºC para obtener la fase adecuada (Anatase o Rutile) de este compuesto binario y cuya brecha de energía EG = 3,2 eV es comparable con la del ZnO, EG = 3,3 eV, por lo que probaré como material ventana en la fabricación de prototipos de celdas solares.
- Recomiendo a los apasionados por las ciencias de todas las disciplinas, si pueden asistir a estos tipos de eventos de intercambio de conocimientos y actualización de tendencias en equipamientos de laboratorios o técnicas de preparación de materiales, háganlo sin pensarlo 2 veces, ya que es parte de nuestra formación y pienso que nos va a permitir acelerar nuestras metas.
Bibliografía y lecturas recomendadas:
En este artículo no he usado referencias bibliográficas, pero nuevamente les sugiero ver las siguientes publicaciones.
○ Los Materiales Semiconductores
○ Dispositivos Semiconductores
○ Tesis de Grado, Giovanni Marín, fondo documental Nº 09-51, 1996, LUZ.
○ Algo más sobre los Semiconductores
○ Introducción a los Semiconductores
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El equipo de curación del PROYECTO ENTROPÍA
Saludos doctor este material esta muy interesante. También seria recomendable que publicaras el post en ingles por el contenido que tienen los vídeos.
Una pequeña pregunta: ¿ cual es el material mas avanzado? Grafeno? Nanotubo de carbono?. Se que las propiedades que poseen estos materiales son mucho mejores que las del silicio, pero en el caso del grafeno se ha hecho difícil implementarlo a escala industrial por lo difícil y costosa que es su obtención. En este congreso algunos ponentes dieron algunas ideas o mencionaron algunos avances en lo que respecta a métodos nuevos de obtención?..