La modificación de la superficie es el acto de modificar la superficie de un material aportando características físicas, químicas o biológicas diferentes de las que se encuentran originalmente en la superficie de un material. [1] Esta modificación se realiza generalmente en materiales sólidos, pero es posible encontrar ejemplos de la modificación en la superficie de líquidos específicos.
La modificación se puede realizar por 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]
La ingeniería de superficies es la subdisciplina de la ciencia de los materiales que estudia la superficie de la materia sólida. Tiene aplicaciones en la química , la ingeniería mecánica y la ingeniería eléctrica (en particular en relación con la fabricación de semiconductores ).
Los sólidos están compuestos por un material a granel cubierto por una superficie. La superficie que limita el material a granel se denomina fase superficial y actúa como interfaz con el entorno circundante. El material a granel de un sólido se denomina fase a granel.
La fase superficial de un sólido interactúa con el entorno que lo rodea. Esta interacción puede degradar la fase superficial con el tiempo. La degradación ambiental de la fase superficial con el tiempo puede ser causada por el desgaste , la corrosión , la fatiga y la fluencia .
La ingeniería de superficies implica alterar las propiedades de la fase superficial para reducir la degradación con el tiempo. Esto se logra haciendo que la superficie sea resistente al entorno en el que se utilizará.
Las técnicas de ingeniería de superficies se utilizan en las industrias automotriz, aeroespacial, de misiles, de energía, electrónica, biomédica, [3] textil, petrolera, petroquímica, química, siderúrgica, energética, cementera, de máquinas herramienta y de construcción. Las técnicas de ingeniería de superficies se pueden utilizar para desarrollar una amplia gama de propiedades funcionales, incluidas propiedades físicas, químicas, eléctricas, electrónicas, magnéticas, mecánicas, resistentes al desgaste y a la corrosión en las superficies de sustrato requeridas. Casi todos los tipos de materiales, incluidos metales, cerámicas, polímeros y compuestos, se pueden recubrir sobre materiales similares o diferentes. También es posible formar recubrimientos de materiales más nuevos (por ejemplo, vidrio metálico, beta-C 3 N 4 ), depósitos graduados, depósitos multicomponentes, etc.
En 1995, la ingeniería de superficies era un mercado de 10 mil millones de libras esterlinas en el Reino Unido. Los recubrimientos, destinados a hacer que la superficie dure más tiempo que los demás frente al desgaste y la corrosión, representaban aproximadamente la mitad del mercado. [7]
La funcionalización de superficies antimicrobianas es una tecnología única que puede utilizarse para la esterilización en la industria de la salud, la autolimpieza de superficies y la protección contra biopelículas.
En los últimos años, ha habido un cambio de paradigma en la ingeniería de superficies, desde la antigua galvanoplastia a 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, rayos solares, radiación de sincrotrón, [3] arco pulsado, combustión pulsada, chispa, fricción e inducción.
Se estima que las pérdidas por desgaste y corrosión en los EE. UU. ascienden a aproximadamente 500 mil millones de dólares. En los EE. UU., hay alrededor de 9524 establecimientos (incluidas las industrias automotriz, aeronáutica, energética y de la construcción) que dependen de superficies diseñadas con el apoyo de 23 466 industrias. [ cita requerida ]
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. Se pueden encontrar ejemplos destacados en la industria de semiconductores y en la investigación de biomateriales. [3]
Las tecnologías de procesamiento de plasma se emplean con éxito para la funcionalización de superficies de polímeros.
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