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Modificación de la superficie

La modificación de la superficie consiste en alterar la superficie de un material, dotándola de características físicas, químicas o biológicas diferentes a las que presenta orig...

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La modificación de la superficie consiste en alterar la superficie de un material, dotándola de características físicas, químicas o biológicas diferentes a las que presenta originalmente. [ 1 ] Esta modificación se suele realizar en materiales sólidos, pero también se pueden encontrar ejemplos de modificación de la superficie de ciertos líquidos.

La modificación puede realizarse mediante diferentes métodos con el fin de alterar una amplia gama de características de la superficie, tales como: rugosidad, [ 2 ] hidrofilicidad, [ 3 ] carga superficial, [ 4 ] energía superficial , biocompatibilidad [ 3 ] [ 5 ] y reactividad. [ 6 ]

Ingeniería de superficies

La ingeniería de superficies es la subdisciplina de la ciencia de los materiales que se ocupa de la superficie de la materia sólida. Tiene aplicaciones en química , ingeniería mecánica e ingeniería eléctrica (en particular en relación con la fabricación de semiconductores ).

Los sólidos están compuestos por un material a granel recubierto por una superficie. La superficie que delimita el material a granel se denomina fase superficial . Actúa como interfaz con el entorno circundante. El material a granel en un sólido se denomina fase volumétrica .

La fase superficial de un sólido interactúa con el entorno circundante. Esta interacción puede degradar la fase superficial con el tiempo. La degradación ambiental de la fase superficial con el tiempo puede ser causada por desgaste , corrosión , fatiga y fluencia .

La ingeniería de superficies consiste en modificar las propiedades de la fase superficial para reducir su degradación con el tiempo. Esto se logra haciendo que la superficie sea más resistente y se adapte mejor al entorno en el que se utilizará.

Aplicaciones y futuro de la ingeniería de superficies

Las técnicas de ingeniería de superficies se utilizan en las industrias automotriz, aeroespacial, de misiles, energética, electrónica, biomédica, [ 3 ] textil, petrolera, petroquímica, química, siderúrgica, cementera, de máquinas herramienta y de la construcción. Estas técnicas permiten desarrollar una amplia gama de propiedades funcionales, incluyendo propiedades físicas, químicas, eléctricas, electrónicas, magnéticas, mecánicas, de resistencia al desgaste y a la corrosión en las superficies de sustrato requeridas. Casi todos los tipos de materiales, incluyendo metales, cerámicas, polímeros y compuestos, pueden recubrirse sobre materiales similares o diferentes. También es posible formar recubrimientos de materiales más novedosos (por ejemplo, vidrio metálico, beta-C₃N₄ ) , depósitos graduados, depósitos multicomponentes, etc.

En 1995, la ingeniería de superficies representaba un mercado de 10 mil millones de libras esterlinas en el Reino Unido. Los recubrimientos, destinados a aumentar la durabilidad de las superficies frente al desgaste y la corrosión, constituían aproximadamente la mitad de dicho mercado. [ 7 ]

La funcionalización de superficies antimicrobianas es una tecnología que puede utilizarse para la esterilización en el sector sanitario, la creación de superficies autolimpiables y la protección contra biopelículas .

En los últimos años, se ha producido un cambio de paradigma en la ingeniería de superficies, desde la galvanoplastia tradicional hasta procesos como la deposición en fase de vapor, [ 8 ] [ 9 ] difusión, pulverización térmica y soldadura utilizando fuentes de calor avanzadas como plasma, [ 2 ] [ 3 ] láser, [ 10 ] iones, electrones, microondas, haces solares, radiación sincrotrón, [ 3 ] arco pulsado, combustión pulsada, chispa, fricción e inducción.

Se estima que las pérdidas por desgaste y corrosión en Estados Unidos ascienden a aproximadamente 500 mil millones de dólares. En Estados Unidos, existen alrededor de 9524 establecimientos (incluidas las industrias automotriz, aeronáutica, energética y de la construcción) que dependen de superficies de ingeniería, con el apoyo de 23 466 industrias.

Funcionalización de superficies

La funcionalización de superficies introduce grupos funcionales químicos en una superficie. De esta manera, se pueden diseñar materiales con grupos funcionales en sus superficies a partir de sustratos con propiedades estándar de materiales a granel. Ejemplos destacados se encuentran en la industria de semiconductores y la investigación de biomateriales. [ 3 ]

Funcionalización de la superficie de polímeros

Las tecnologías de procesamiento por plasma se emplean con éxito para la funcionalización de la superficie de polímeros.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Carroll, Gregory T.; Rengifo, Hernan R.; Grigoras, Cristian; Mammana, Angela; Turro, Nicholas J.; Koberstein, Jeffrey T. (2017). "Fotogeneración de andamios poliméricos unidos a la superficie "clicables" . Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry . 55 (7): 1151– 1155. Bibcode : 2017JPoSA..55.1151C . doi : 10.1002/pola.28485 . ISSN 0887-624X . 
  2. 1 2 R. V. Lapshin; AP Alekhin; AG Kirilenko; SL Odintsov; VA Krotkov (2010). "Alisado ultravioleta al vacío de asperezas a escala nanométrica de la superficie de poli(metacrilato de metilo)" (PDF) . Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques . 4 (1): 1– 11. Bibcode : 2010JSIXS...4....1L . doi : 10.1134/S1027451010010015 . ISSN 1027-4510 . S2CID 97385151 .  ( Traducción al ruso disponible).
  3. 1 2 3 4 5 6 A. P. Alekhin; el gerente general Boleiko; SA Gudkova; A. M. Markeev; AA Sigarev; VF Toknova; AG Kirilenko; RV Lapshin; ES Kozlov; DV Tetiukhin (2010). «Síntesis de superficies biocompatibles mediante métodos nanotecnológicos» (PDF) . Nanotecnologías en Rusia . 5 ( 9– 10): 696– 708. doi : 10.1134/S1995078010090144 . ISSN 1995-0780 . S2CID 62897767 .  ( Traducción al ruso disponible).
  4. ↑ Bertazzo, S. y Rezwan, K. (2009) Control de la carga superficial de α-alúmina con ácidos carboxílicos. Langmuir.
  5. ↑ Bertazzo, S., Zambuzzi, WF, da Silva, HA, Ferreira, CV y ​​Bertran, CA (2009) Bioactivación de alúmina mediante modificación de superficie: una posibilidad para mejorar la aplicabilidad de la alúmina en la reparación ósea y oral. Clinical Oral Implants Research 20: 288-293.
  6. ↑ Gabor London, Kuang-Yen Chen, Gregory T. Carroll y Ben L. Feringa (2013). "Hacia el control dinámico de la humectabilidad mediante el uso de motores moleculares altitudinales funcionalizados en superficies sólidas" . Chemistry : A European Journal . 19 (32): 10690– 10697. doi : 10.1002/chem.201300500 . hdl : 11370/d37ada79-57a1-4d72-a96b-4862185a3f8f . PMID 23784916. S2CID 5759186 .  {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  7. ↑ Mahmood Aliofkhazraei; Nasar Ali; Mircea Chipara; Nadhira Bensaada Laidani; Jeff Th.M. De Hosson (2021). Manual de tecnologías modernas de recubrimiento: métodos avanzados de caracterización, volumen 2. Elsevier. ISBN 978-0-444-63239-5.
  8. ↑ He, Zhenping; Ilona Kretzschmar (6 de diciembre de 2013). "GLAD asistido por plantilla: Enfoque para partículas parcheadas de parche único y múltiple con forma de parche controlada" . Langmuir . 29 (51): 15755– 15761. doi : 10.1021/la404592z . PMID 24313824 . 
  9. ↑ He, Zhenping; Kretzschmar, Ilona (3 de junio de 2012). "Fabricación asistida por plantilla de partículas con parches uniformes". Langmuir . 28 (26): 9915– 9919. doi : 10.1021/la3017563 . PMID 22708736 . 
  10. ↑ Nejati, Sina; Mirbagheri, Seyed Ahmad; Waimin, Jose; Grubb, Marisa E.; Peana, Samuel; Warsinger, David M.; Rahimi, Rahim (2020). "Funcionalización láser de membranas de carbono para la inmovilización efectiva de nanopartículas de plata antimicrobianas" . Journal of Environmental Chemical Engineering . 8 (5) 104109. Elsevier BV. doi : 10.1016/j.jece.2020.104109 . ISSN 2213-3437 . S2CID 219769929 .  

Bibliografía

  • R. Chattopadhyay, «Procesos avanzados de ingeniería de superficies asistidos térmicamente», Kluwer Academic Publishers, MA, EE. UU. (actualmente Springer, NY), 2004, ISBN 1-4020-7696-7ISBN electrónico 1-4020-7764-5.
  • R. Chattopadhyay, «Desgaste de superficies: análisis, tratamiento y prevención», ASM-International, Materials Park, OH, EE. UU., 2001, ISBN 0-87170-702-0.
  • S Konda, Síntesis basada en llama y funcionalización in situ de nanopartículas de aleación de paladio, AIChE Journal, 2018, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aic.16368
  • Instituto de Química de Superficies y Catálisis de la Universidad de Ulm