Paola Morales, nueva doctora por la UPNA.
La licenciada en Física Paola Morales Zimmerman ha propuesto diferentes diseños de materiales, tipo cristal fotónico, para que puedan ser utilizados como filtro de radiación. En concreto, su trabajo se ha centrado en el desarrollo de un recubrimiento compuesto por esferas dieléctricas que si se aplicara a una ventana, por ejemplo, evitaría que en verano el calor exterior entrara y que en invierno el calor interior se escapara.
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 encontramos 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 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. 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”, apunta la investigadora, cuya tesis, dirigida por los profesores del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Joaquín Sevilla y Ángel Andueza Unanua, ha obtenido la calificación de sobresaliente “cum laude”.
Procesos de 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”.
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”.
Aunque 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.
Breve currículum
Paola Morales Zimmerman se licenció en 2005 en Física por la Universidad Nacional de San Luis (UNSL- Argentina). Posteriormente, cursó estudios de doctorado en la Universidad Pública de Navarra, donde es miembro del grupo de investigación “Comunicaciones ópticas y aplicaciones electrónicas”. Es autora o coautora de ocho artículos en revistas internacionales y ha participado como ponente en un Curso de verano de la Universidad de Santiago de Compostela, y como colaboradora en la organización de las Jornadas Doctorales Transfronterizas (Cross-border Doctorials) UPPA/UPV-EHU organizadas por la UPV/EHU y la Universidad de Pau et des Pays de l’Adour (UPPA).