Materiales nanoestructurados mediante electrodeposición

La electrodeposición es un método muy sencillo que permite crear nuevos materiales metálicos para su aplicación en casi cualquier campo. Especialmente utilizada en recubrimientos para electrónica y circuitos impresos, biomateriales, joyería o sectores como la automoción o la aeronáutica, donde se usan como protección ante la corrosión. La simplicidad de este proceso permite la deposición de diferentes metales y aleaciones metálicas, cuya estructura depende de los parámetros del proceso.

Se puede establecer un símil con la preparación de un plato de cocina. Primer se prepara un calo, de modo que al agua se le añaden sales y especias. En electrodeposición, nuestras sales contienen los metales que deseamos obtener en el producto final. Las especias añadidas asegurarán el éxito del plato final o, en otras palabras, la calidad del material que obtendremos en términos de pureza, homogeneidad, rugosidad u otros. Una vez elaborado el caldo, podemos seguir con el proceso de electrodeposición en sí mismo. En la cocina, se suele jugar con dos parámetros: la temperatura y el tiempo. En electrodeposición interviene un tercero: el que convierte la deposición en una ‘electro-deposición’, es decir, la corriente eléctrica. Además de estos parámetros, debemos considerar otros aspectos, del mismo modo que en los procesos de cocción: si removemos o no y en qué orden se añaden los ingredientes. Todo ello afectará al resultado final.

Y puesto que no todos los gustos son iguales, el proceso puede adaptarse para satisfacer los paladares más específicos. En el campo de los materiales, sin embargo, no hablaremos de gustos sino de requisitos. Éstos pueden referirse a propiedades mecánicas, magnéticas, eléctricas, térmicas, requisitos de composición, de peso o, simplemente, de precio.

En nuestro trabajo [*] utilizamos la electrodeposición para conseguir la deposición simultánea de dos elementos diferentes: níquel y platino, lo que da lugar a una aleación. Modificando la corriente aplicada durante el proceso, podemos elegir casi ‘a la carta’ la composición de dicha aleación. Esto significa que, en elegir la composición, se predeterminan de algún modo las propiedades que dependen de dicha composición, como pueden ser las propiedades mecánicas y las magnéticas.

Uno de los principales resultados que mostramos en este estudio es la posibilidad de manipular la temperatura de Curie del material, por debajo del cual es material es (ferro)magnético. Partiendo del níquel puro (que posee una temperatura de Curie de 360 °C), logramos disminuir esta temperatura hasta casi la temperatura ambiente, gracias a que lo aislamos con platino, junto con la modificación de otras propiedades magnéticas importantes. Gracias a poder elegir ‘a la carta’ las propiedades de un material, se abren diferentes campos de aplicación caracterizados por la exigencia de unas propiedades mecánicas, térmicas, o de otra índole, muy precisas. La posibilidad de ajustar el comportamiento magnético de la aleación de una forma controlada abre también la puerta a su aplicación en sistemas microelectromecánicos actuados para campos magnéticos.

Otro campo muy prometedor de la aleación níquel-platino es la conversión de energía, dado que este material puede funcionar como catalizador. En este caso, la posibilidad de ajustar la composición permite encontrar un compromiso óptimo entre eficiencia, coste y sostenibilidad. Además, una de las ‘especias’ utilizadas en el proceso de electrodeposición (un copolímero) permite introducir nanoporosidad en el material (ver imagen), lo que aumenta de manera sustancial la relación superficie-volumen, mientras que la cantidad de material usado es mucho menor. Por lo tanto, la eficiencia aumenta y el coste se reduce.

Con la finalidad de ganar todavía más flexibilidad en la selección de propiedades y de garantizar una mejor estabilidad frente a la corrosión, la búsqueda se centra actualmente en la electrodeposición de sistemas ternarios que contienen tres metales diferentes (níquel, platino y molibdeno).

Este proyecto ha recibido financiación del programa de I+D Horizon 2020 de la Unión Europea bajo el acuerdo de subvención Marie Skłodowska-Curie núm. 764977.

[*] K. Eiler, J. Fornell, C. Navarro-Senent, E. Pellicer, J. Sort, Tailoring magnetic and mechanical properties of mesoporous single-phase Ni–Pt films by electrodeposition Nanoscale, 2020, 12, 7749; https://doi.org/10.1039/C9NR10757F