Academia Mexicana de Ciencias
Boletín AMC/070/16
Ciudad de México, 29 de marzo de 2016

• Entre las ventajas de las microondas está que se pueden utilizar en el vacío y que siendo el material cerámico el que las absorbe, alcanza temperaturas mayores a las que alcanzaría por otros medios.
• Entre las aplicaciones de los materiales cerámicos están los condensadores o capacitores multicapa, los cuales se utilizan, por ejemplo, en celulares y otros dispositivos.

Representación de un condensador dieléctrico que se puede utilizar en celulares y otros dispositivos electrónicos.
Foto: cortesía del investigador Juan Antonio Aguilar Garib.
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Los materiales cerámicos pueden ser valiosos por sus propiedades estructurales o por lo que pueden hacer, es decir, por sus propiedades funcionales; las primeras están asociadas a la resistencia mecánica, mientras que las segundas son las que hacen que los materiales se aprovechen como conductores o semiconductores y se puedan construir “chips” para ser utilizados en las computadoras, o termistores, que se usan como sensores de temperatura.

El doctor Juan Antonio Aguilar Garib, de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL), ha enfocado su investigación en las características funcionales de los materiales cerámicos. Un ejemplo son las manganitas, que se utilizan como termistores, los cuales tienen la propiedad de cambiar su conductividad eléctrica cuando cambia la temperatura; están hechas de polvo de óxido de manganeso y óxido de níquel que se compacta y que tras ser calentado se sinteriza.

Lograr la sinterización -hacer que el polvo se solidifique y forme la manganita- implica calentar el polvo y para este proceso el grupo de trabajo en el que participa el también integrante de la Academia Mexicana de Ciencias utiliza microondas, sin embargo, uno de los aspectos que se deben tomar en cuenta para elegir este método, es que el material sea susceptible a ser calentado por microondas, ya que no todos los materiales tienen la capacidad de absorber la energía de esta fuente.

“No se trata simplemente de colocar el material en un horno, existen diferentes técnicas para maximizar la absorción y para ello buscamos, por ejemplo, en una guía de ondas el lugar exacto en el que debemos poner el material y así poder calentarlo como queremos”.

De acuerdo con el especialista en tecnología de procesos, las microondas pueden ser un medio alternativo para trabajar con materiales cerámicos, porque si bien la energía necesaria para efectuar el calentamiento se puede proporcionar a través de resistencias eléctricas o por combustión, entre las ventajas de las microondas están que se pueden utilizar en el vacío y que siendo el material cerámico el que las absorbe, alcanza temperaturas mayores a las que alcanzaría por otros medios.

Las manganitas que se obtienen al utilizar microondas muestran propiedades similares a las que se obtienen con otros métodos, pero existe una diferencia con respecto al envejecimiento del material cerámico y el deterioro de sus propiedades. “Con el tiempo y tras el aumento y el descenso de temperatura, las características de un termistor cambian, pero en el caso del material que producimos con microondas el envejecimiento es menor, es decir, tolera un número mayor de ciclos de enfriamiento y calentamiento sin cambios en sus propiedades”.

Materiales delgados y eficientes
Entre las aplicaciones de los materiales cerámicos están los condensadores o capacitores multicapa (se utilizan en los celulares y otros dispositivos), estos almacenan corriente eléctrica y están construidos entre dos capas y en medio de estas el material dieléctrico cerámico entre dos electrodos. Cuando se hace pasar corriente a través del cerámico, este guarda la corriente para liberarla después, explicó el investigador.

Los condensadores son elementos que se utilizan en la industria electrónica y debido a las características del mercado se busca reducir el tamaño y el peso de estos componentes, incrementando al mismo tiempo su eficiencia energética, lo cual se logra reduciendo el espesor del cerámico.

Por lo anterior, el doctor Aguilar Garib trabajó en un método para formar este material en capas delgadas procurando que sus características dieléctricas, responsables de su capacidad para almacenar energía, no cambiaran. Entre las técnicas más directas para producir estas capas delgadas a gran escala se encuentra el vaciado de cintas o tape casting, la cual consiste en vaciar sobre una cinta móvil una suspensión llamada barbotina, la cual está elaborada a base de titanato de bario (BaTiO3) y aditivos.

El espesor de la cinta obtenida depende de la fluidez de la barbotina, así que se diseña una fórmula que modifica esta propiedad para obtener el espesor deseado tratando de no alterar su constante dieléctrica, responsable de la capacidad de carga del condensador. En este sentido, uno de los proyectos en los que el investigador trabaja está relacionado con la distribución de aditivos en la cinta cerámica, porque en ocasiones se pueden formar precipitados que afectan las propiedades dieléctricas del cerámico.

Este proyecto se lleva a cabo por un grupo de investigadores de la UANL y de la Universidad de Toulouse III, Paul Sabatier, en Francia, en el marco del Programa de Cooperación de Posgrado (PCP) apoyado por el Programa de Cooperación Internacional del Conacyt y el Instituto Nacional Politécnico (INP) en Francia. Además, este proyecto cuenta con la participación de dos empresas, una mexicana (Kemet de México) y una francesa (Marion Technologies). Con esta colaboración se aprovecha el esquema de cotutela de las universidades para graduar estudiantes de doctorado.

Noemí Rodríguez González.