INSTITUTO
DE OPTICA
 

Texturizado de mármol con láser ultrarrápido para reducir la humectación de la superficie

21 Dic, 2021 | LPG

¿Sabías que se puede hacer que el mármol repela el agua como algunas plantas?

La biomimética es la ciencia que estudia el diseño de materiales, sistemas o máquinas que tengan procesos que imiten un comportamiento biológico.

En el Instituto de Óptica, el Grupo de Procesado por láser investiga entre otras cosas cómo modificar con láser las propiedades de materiales emulando las características especiales de algunas superficies de animales y plantas que se encuentran en la naturaleza.

Una energía más baja conduce a una fase de TiO2 con una menor contribución de TiN, mientras que una fluencia más alta produce una mayor cantidad de TiN .

El estudio

En este artículo, el equipo investigador ha tratado muestras de mármol Crema-Marfil Coto® con un láser de femtosegundos. Con esta técnica han conseguido producir en la superficie patrones de surcos de decenas de micrómetros cubiertos además por otro patrón más pequeño en forma de escamas del tamaño de nanómetros. Este tratamiento posteriormente desencadenó una reacción química que consiguió que la superficie de mármol repeliera el agua.

Una energía más baja conduce a una fase de TiO2 con una menor contribución de TiN, mientras que una fluencia más alta produce una mayor cantidad de TiN .
Todas las muestras tratadas presentaron un aumento rápido y sustancial de su repulsión al agua en 10 días y esta repulsión siguió aumentando a causa de la reacción química durante los siguientes 8 – 11 meses de envejecimiento.
Por lo tanto, el procesamiento con láser desencadena dos efectos diferentes: una «inicialización» del estado químico de la superficie que se vuelve mucho más reactiva (probablemente debido a la descomposición térmica del CaCO3 en la superficie cercana de la región tratada con láser), lo cual favorece la hidroxilación y la adsorción de contaminantes CH y, por otro lado, un aumento significativo de la rugosidad.
En la naturaleza el caso de las superficies de las hojas de loto es similar, las hojas presentan una superficie con una forma especial y además están cubiertas por ceras epicuticulares.

El estudio de la superficie durante este tiempo permitió entender las contribuciones individuales de la rugosidad de la superficie por un lado y de la evolución química por otro. El equipo encontró que las zanjas con una separación de Δ = 20 µm muestran la mayor mejora inicial de la hidrofobicidad, atribuida a la micro rugosidad. Sin embargo, teniendo en cuenta la evolución en el tiempo asociada a las reacciones químicas, los mejores resultados se obtuvieron para Δ = 30 µm, donde se maximiza la superficie efectiva. Los mecanismos responsables de la repulsión al agua mejorada demostraron ser robustos y duraderos al momento de la limpieza.

¿Por qué el mármol?

El mármol es un material natural que ha sido muy utilizado a lo largo de la historia y hasta la actualidad, donde ocupa un lugar destacado en diferentes sectores del mercado relacionados con la arquitectura y la decoración, entre otros.
Sin embargo, su durabilidad se ve perjudicada por cualquier sustancia ácida y resulta más difícil de limpiar que otros materiales.
la mayoría de las sustancias nocivas para la calidad de su superficie y su aspecto estético son líquidos a base de agua o sustancias ácidas o básicas solubles en agua. Por lo tanto sería una mejora importante si se pudiera mejorar la repulsión al agua del mármol.

Generalmente se usan revestimientos químicos para proteger las superficies, pero el uso de recubrimientos a menudo implica problemas asociados a la adherencia o durabilidad, formación de grietas o amarilleamiento del recubrimiento con el tiempo.

El trabajo ha sido una colaboración del Laser Processing Group del Instituto de Óptica del CSIC, de la empresa Levantina y asociados de minerales, del Departamento de Física de Materiales de la Facultad de Físicas de la UCM y del grupo de Nanotecnología en Superficies del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla del CSIC

Noticias relacionadas

Metasuperficies procesadas con láser para luchar contra la falsificación

Fabricación con láser de superficies biológicamente activas para numerosas aplicaciones industriales

Amorfización profunda de silicio inducida por pulsos láser ultrarrápidos del infrarrojo medio

Suscripción