Lo que no se sabe de los plasmas

Cuando la gente escucha el término “especialista en plasmas”, vienen a su mente dos cosas: la sangre o los televisores modernos. No obstante, los plasmas juegan un papel importante en diferentes procesos industriales, y a futuro serán una importante tendencia tecnológica por su efectividad y diversas aplicaciones.

El profesor investigador del Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA), unidad Querétaro, Martín de Jesús Nieto Pérez, ha trabajado por más de 10 años para promover el conocimiento y desarrollo de proyectos enfocados en diversas aplicaciones de plasmas, así como la formación de recursos humanos especializados capaces de apoyar en la transferencia de esta tecnología a la industria.

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, Nieto Pérez subrayó la importancia de los sistemas de plasmas, su utilidad en diferentes procesos y la necesidad de que las empresas consideren invertir en estas tecnologías que a futuro garantizarán la calidad de sus procesos, así como mantenerse competitivas en el mercado global.

Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿Cómo podemos definir los plasmas?

Martín de Jesús Nieto Pérez (MJNP): Para poder entenderlo fácilmente, consideremos el siguiente ejemplo: cuando la temperatura es baja, la mayor parte de las sustancias tiende a estar en un estado sólido, que es ordenado y tiene una estructura definida de átomos y moléculas, lo que le da sus propiedades. Pero si al sólido se le inyecta energía, se comienza a generar un alboroto donde los componentes comienzan a moverse y la temperatura se eleva; eventualmente, el sólido pierde cohesión y estructura para convertirse en líquido, que conserva algo de cohesión residual y se ajusta a la forma del contenedor donde se le tiene, pero sigue teniendo un volumen definido.

Si seguimos inyectando energía al líquido, la cohesión residual desaparecerá y el líquido se transformará en un gas, que es el estado de la materia donde los átomos y moléculas están completamente dispersos y sin cohesión, lo que le da propiedades como ocupar todo el volumen disponible y la capacidad de ser comprimido.

Pero cabe la pregunta: ¿qué pasa si al gas se le inyecta más energía todavía? Hoy sabemos que los átomos y moléculas que integran la materia tienen estructura interna: un núcleo rodeado de electrones. Si al gas se le sigue proporcionando energía, eventualmente se desprenderán algunos de los electrones, un proceso llamado ionización. Cuando eso ocurre, empezamos a hablar del estado de la materia llamado plasma, un gas en el cual existen fenómenos de ionización de la materia.

AIC: ¿Es posible ver estos plasmas?

MJNP: Los plasmas existen en la naturaleza y están presentes a nuestro alrededor: las flamas, los relámpagos, las auroras boreales y hasta el mismo sol. A nivel laboratorio, lo que desencadenó el estudio de los plasmas fue su observación en el interior de los tubos de vacío, o bulbos. Su estudio y entendimiento implicó comprender primero la estructura de los átomos, pese a que ya se habían utilizado en aplicaciones muy específicas de iluminación, como las lámparas de arco para minas de carbón.

AIC: ¿Cuáles son las principales aplicaciones de esos sistemas de plasmas?

MJNP: Son sistemas con una química muy peculiar, con aplicaciones como la deposición de películas o capas sobre materiales, o bien para erosionarlos. También se utilizan ampliamente en la manufactura de microelectrónica, donde se tienen reactores con plasmas interactuando con los materiales tanto para depósito como para erosión.

AIC: ¿Qué ventajas tiene para la industria usar estos sistemas de plasmas?

MJNP: Tuve la oportunidad de visitar una planta que se dedica a la manufactura de grifería, y tienen procesos basados en plasmas para hacer depósito de materiales y dar el acabado final a las piezas que fabrican, y dicho proceso genera acabados con una calidad muy superior a los tradicionales por baño electroquímico. Aunque en la actualidad resultan algo costosos, son procesos muy limpios, puesto que no consumen agua ni generan contaminación por metales pesados.

Otra aplicación de los plasmas es, por ejemplo, la fabricación de la óptica automotriz, en la producción de calaveras o faros. Los procesos  son muy sofisticados para dar propiedades especiales a estos plásticos, y se utilizan procesos basados en plasma para la deposición de recubrimientos, de ahí su costo para el consumidor. Hemos trabajado con la industria de los plásticos porque los plasmas también son muy buenos para modificar las propiedades de las superficies, como la adhesión.

AIC: ¿Qué proyectos han desarrollado con estos sistemas de plasmas?

MJNP: Nosotros trabajamos en laboratorio con dos reactores, uno de plasmas de vacío y otro de plasmas atmosféricos. Trabajamos con una empresa que tenía la necesidad de encontrar un adhesivo compatible con dos plásticos muy diferentes. Lo que hicimos fue que, a través de un plasma, modificamos la superficie de uno de esos plásticos y descubrimos que podíamos incrementar la fuerza de adhesión casi al doble.

Hemos comenzado a interactuar también con una empresa en San Luis Potosí que se dedica a la pintura electroforética y tienen la problemática de que, a la hora de hacer el pintado de ciertas piezas, se generan burbujas en la pintura, lo que hace que no penetre en algunas piezas. Lo que estamos haciendo es un tratamiento a esas piezas previo a este proceso y mediante plasmas, les aplicamos un recubrimiento hidrofílico que reduzca que se generen estas burbujas y su tamaño. Esto es muy importante porque si es detectado un defecto de este tipo, puede ser rechazado todo un lote.

AIC: ¿Cómo han aceptado estos sistemas de plasmas en la industria?

MJNP: El problema es que como son tecnologías poco conocidas todavía existe algo de temor en la industria a lo novedoso. Como centro de investigación, no es nuestra labor llevar las cosas a nivel industrial, por lo que es importante que inviertan.

Otra barrera es que son tecnologías que rompen los paradigmas. La industria de los plásticos, por ejemplo, está acostumbrada a procesar las superficies con solventes y pulidos mecánicos tradicionales; no obstante, los plasmas son la tecnología del futuro y las empresas deben empezar a tomarlos en cuenta porque, de lo contrario, su competencia lo va a hacer. Son tecnologías nuevas que ciertamente requieren maduración, pero que es importante que el sector productivo las vaya adaptando. La recompensa es alta.

AIC: Además del CICATA, unidad Querétaro, ¿qué otras instituciones desarrollan esta tecnología?

MJNP: Los que nos dedicamos al estudio de estos sistemas de plasmas en México somos un grupo pequeño: en CICATA, unidad Querétaro; los institutos de investigación en materiales y ciencias nucleares de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM); en el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), en Saltillo, Coahuila; el Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ); y otros investigadores a nivel individual. Es un área multidisciplinaria, donde encontramos especialistas de ingeniería eléctrica, electrónica y química.

Una de las estrategias que estamos considerando es crear una especialidad que empiece a formar cuadros en estas temáticas con el respaldo de profesionales especializados. Ellos serían los responsables de llevar este conocimiento a la industria.