El Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) forma parte de una iniciativa internacional que busca producir un nuevo tipo de cerámicas capaces de conducir electricidad, conocidas como electrocerámicas, a partir de materiales de biomasa como la celulosa. Este proceso promete ser más rápido, eficiente, sostenible y económico, lo que representa un avance significativo para la industria de los semiconductores, encargada de diseñar y fabricar los chips que impulsan la tecnología actual.
El proyecto, seleccionado y financiado dentro de la convocatoria europea M-ERA.net, ha captado la atención de más de media docena de empresas a nivel global. Según el CSIC, estas compañías están interesadas en probar este desarrollo tecnológico de última generación.
Bernd Wicklein, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) y líder del proyecto en España, explicó: «Vamos a crear electrocerámicas a través de impresión 3D en modo multimaterial, es decir, de una misma vez nuestra impresora 3D permite combinar varios materiales en la misma impresión».
El secreto de estas cerámicas radica en su conductividad, lograda gracias a la incorporación de nanopartículas de celulosa, cuyo tamaño equivale a la millonésima parte de un milímetro. Estas partículas reciben un tratamiento térmico ultrarrápido, transformándose en nanoestructuras carbonosas conductoras.
Para ilustrar el proceso, Wicklein comparó con la cerámica convencional: «Cualquiera que haga cerámica sabe que se necesitan muchas horas para conseguir que el barro se convierta en cerámica».
El proyecto acelera drásticamente ese proceso de calentamiento y calcinación, completándolo en apenas minutos. Wicklein señaló: «El equipo de Eslovenia utiliza una técnica única que permite llegar a 1.250 grados en tan solo dos minutos y media». Esta técnica avanzada está diseñada para fabricar cerámicas pequeñas, ideales para la industria de semiconductores.
«Queremos hacerlo tan rápido porque gastamos menos energía eléctrica al hacer el proceso de calentamiento más corto, pero además la microestructura de la cerámica, es decir, el orden de las partículas que componen el material, se queda mucho más refinada, más fina», agregó el científico.
Un proyecto innovador: ‘Prime’
La iniciativa, denominada ‘Prime’, permitirá fabricar en un solo paso los componentes electrocerámicos que sostienen los chips semiconductores durante su producción. Esto se logra combinando tres elementos clave:
- La adición de nanocelulosa, destacando el uso de biomasa para una electrónica más sostenible.
- La fabricación multimaterial.
- El proceso ultrarrápido de consolidación térmica.
«Esta capacidad permite la incrustación directa de zonas conductoras, calentadores, electrodos y sensores dentro de piezas cerámicas complejas, manteniendo la excepcional resistencia térmica, mecánica y química de las cerámicas avanzadas», describió Wicklein.
Como prueba de viabilidad, se crearán prototipos de los llamados ‘wafer chucks’, unos soportes para chips que combinan zonas conductoras con áreas de disipación de calor, gracias al uso de cerámicas con propiedades térmicas diferenciadas.
«La producción de semiconductores depende de equipos de alta tecnología personalizados que exigen una precisión, pureza y fiabilidad extremas», explicó el investigador. Actualmente, estos componentes se fabrican mediante procesos en varias etapas que «son costosos, consumen mucha energía y limitan la libertad de diseño».
El proyecto elimina estas limitaciones al «permitir la fabricación en una sola etapa de componentes electrocerámicos que integran regiones conductoras y aislantes con precisión dentro de un mismo cuerpo, cumpliendo con estrictos requisitos de pureza y rendimiento sin recubrimientos ni ensamblajes metálicos».
Reducción de costes y colaboración internacional
El proyecto está liderado por la start-up alemana Amaarea Technology GmbH, con la participación del CSIC y el Instituto Jozef-Stefan de Eslovenia. El plan de acción es sinérgico: primero, el ICMM prepara la mezcla cerámica integrando su aditivo de nanocelulosa, basado en una patente anterior del centro.
Posteriormente, Alemania imprime los componentes en su impresora 3D multimaterial, que luego se envía a Eslovenia para el tratamiento térmico que da estructura cerámica a lo impreso. «Después el material vuelve a España, donde medimos que las propiedades eléctricas son las esperadas», detalló Wicklein.
«Prime reforzará la competitividad de Europa en la fabricación de semiconductores y equipos de alta tecnología mediante el establecimiento de un nuevo paradigma de producción flexible y altamente eficiente para productos electrocerámicos funcionales», señaló el investigador.
Además, se prevé reducir los costes de fabricación y el consumo energético, mientras se aumenta el rendimiento de las fábricas de semiconductores y se reducen los índices de desperdicio. «También acortaremos los ciclos de desarrollo mediante la iteración rápida del diseño y la producción europea localizada y energéticamente eficiente», argumentó.
El proyecto ya ha despertado interés en la industria internacional de semiconductores, con más de media docena de empresas comprometidas a apoyar y validar los resultados.
Desde una perspectiva medioambiental, Wicklein concluyó: «Prime demuestra sistemas de materiales de base biológica y procesos sostenibles, reduciendo sustancialmente las emisiones de CO2 mediante un concepto de consolidación ultrarrápida, el uso eficiente de los recursos y la dependencia de materias primas críticas, en plena consonancia con el Pacto Verde Europeo y los principios de la economía circular».
Fuente: Infobae