Especial Ciencia Básica. Nuevos materiales para el desarrollo

 Las ciencias básicas aportan al desarrollo de nuestra vida, aunque no sea tan evidente. Este tipo de conocimiento, que no tiene como finalidad una aplicación inmediata, aporta los medios esenciales para afrontar los retos globales de la humanidad.

Es por ello que la ONU designó este 2022 como el año de las Ciencias Básicas para el Desarrollo Sostenible. Las ciencias básicas son un modelo de desarrollo sostenible porque cada nuevo conocimiento que se genera por las generaciones actuales crea y nutre el acervo científico que será de utilidad a las generaciones futuras para resolver problemas que probablemente, ni siquiera podemos imaginar actualmente.

Carlos David Ramos Vilchis, doctor en ingeniería trabaja en el área de depósito de materiales y mantenimiento de equipos de alto y ultra alto vacío. Durante 15 años, se ha dedicado a todo lo relacionado a la ciencia y tecnología de vacío. El especialista platicó con Ciencia UNAM sobre la relevancia de la ciencia básica en su trabajo cotidiano.

“La ciencia básica es el quehacer indispensable y fundamental en la investigación, en todas las áreas. Tiene como objetivo principal la abstracción de todos los fenómenos que se nos presentan cotidianamente  y así podamos comprender todo lo que es tangible y sirva la ciencia aplicada, que reúne todo el cuerpo de conocimiento de la ciencia básica, y lo aplique a las necesidades que tiene un país”, expresa.

En su opinión, la ciencia básica es indispensable para que toda una sociedad o una nación tenga una independencia sólida.

La ciencia básica se relaciona con la ciencia de frontera, explica el doctor en ingeniería; mientras la primera se encarga de cubrir los paradigmas que se generan en un cierto tiempo histórico, la ciencia de frontera busca que con base en los paradigmas o modelos actuales se creen otros nuevos paradigmas, retos u objetivos dentro de la ciencia, esto para generar un conocimiento cada vez más rico.

“Conforme la ciencia básica se madura, que es un momento de calma, se van afinando todos los paradigmas, las investigaciones, las hipótesis, y las refutaciones dentro de la misma área, para llegar a una perfección temporal. Cuando hay un estancamiento en esta perfección temporal, es cuando se crean nuevos paradigmas. La ciencia de frontera “quiere” ir más adelante y romper esta brecha de calma.

• Ya en conjunto, la ciencia básica y la ciencia de frontera dan el impulso para que los paradigmas establecidos y los nuevos se puedan convertir en algo tangible o aplicable. “Por ejemplo, antes de que hubiera coches, se tenía el paradigma de que era imposible viajar en cuatro ruedas; gracias a que se hicieron modelos y se rompieron paradigmas, hoy se cuenta con algo tan útil y necesario como un automóvil”.

¿Qué es la ciencia de vacío?

La mayor parte del trabajo del doctor Ramos Vilchis gira en torno a la ciencia y tecnología de vacío. La ciencia de vacío se encarga de crear condiciones ideales, explica el especialista. Por vacío se refiere a qué tantas partículas (presión) hay dentro de un sistema hermético a comparación de la atmósfera. Cuando la presión es muy baja, no hay aire, ni vapores, ni gases. Si se cuenta con un equipo que pueda crear estas condiciones, ya se pueden introducir los precursores o los gases para crear un material.

Antes, el vacío era una idea imposible. Aristóteles y otros filósofos negaban la existencia del vacío porque la nada era una realidad inconcebible. Más adelante científicos como Torricelli, Pascal, entre otros, hicieron experimentos sobre la presión atmosférica y reavivaron el debate sobre la existencia del vacío.

El doctor Ramos explica que él se encarga del diseño y fabricación de equipos de vacío. También se ocupa de dar mantenimiento a todos los instrumentos de este tipo que hay en el Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM para que no se deterioren. Además, en algunos casos apoya en trabajo de síntesis y caracterización de materiales.

Los cubrebocas SakCu®

El doctor Carlos Ramos platica que en su área de trabajo se reúnen la ciencia básica — que es toda la física que puede ocurrir a nivel microscópico y nanoscópico en el vacío— y la tecnología para obtener ya un producto tangible y útil.

Un ejemplo por excelencia de esta dinámica, entre ciencia básica y tecnología, son los cubrebocas SakCu®; un producto de alto impacto social. Estos cubrebocas fueron desarrollados por el grupo de trabajo lidereado por la doctora Sandra Rodil. Cuentan con tres capas, la capa intermedia de material filtrante tiene depositada una nanocapa de plata-cobre. Los cubrebocas tienen propiedades viricidas y bactericidas.

Antes que surgiera el COVID-19, los investigadores no trabajaban en los cubrebocas, pero se conjuntó la necesidad de protección con la ciencia básica e hizo posible una solución.

• “En la ciencia básica no entra un criterio de aplicación instantánea”.

El doctor Carlos Ramos relata que desde años atrás se tenía un equipo que se usa para síntesis de materiales. Se utilizaba entre otras cosas para depositar películas de diferentes materiales con uso médico, buscando tener materiales con propiedades bactericidas.

Había hipótesis de que tanto la plata como el cobre podían eliminar virus y bacterias, por lo que se trabajó en desarrollar una nanocapa de Ag-Cu, donde ambos metales contribuyeran a eliminar el virus, para lo que se hicieron muchas pruebas con el Instituto Nacional de Rehabilitación, la Facultad de Odontología, el Hospital Juárez de México y el Instituto de Investigaciones Biomédicas, todos ellos aplicando sus conocimientos de ciencia básica.

Después surgió la necesidad y la oportunidad de aplicar estos conocimientos “Tengo este conocimiento, veo qué necesidad hay y veo si yo puedo aplicarlo a la misma. Es un enlace muy delicado entre la ciencia básica y la ciencia aplicada”.

El doctor relata que en el laboratorio PLASNAMAT (Laboratorio de Plasma y Nanomateriales) diseñó y fabricó un equipo de evaporación catódica, capaz de depositar la nanocapa de plata-cobre sobre rollos de un material flexible, el polipropileno que se usa en la fabricación de cubrebocas.

Celdas solares más eficientes

En el laboratorio de Materiales Avanzados para las Energías Renovables (MAVER), a cargo del doctor Guillermo Santana Rodríguez, cuentan con otro equipo de vacío tipo clúster que se usa para investigación en materiales solares y en el que hay varias técnicas de crecimiento.

El equipo fue diseñado por los doctores Guillermo Santana, Ateet Dutt y Carlos Ramos con el propósito de obtener materiales para aplicaciones en celdas solares. La inversión total para su fabricación fue menos de la mitad del costo de aquellos similares que se encuentran actualmente en el mercado. 

“Nosotros utilizamos la ciencia básica de vacío para generar algo tangible como este equipo clúster, que a la vez se vuelve ciencia básica para el desarrollo de nuevos materiales solares. Tenemos que ver desde qué componentes se requieren para que las condiciones de vacío se cumplan en el sistema, hasta qué es necesario para que los materiales diseñados reúnan las características que necesitamos para que la conversión energética se cumpla.”

Los investigadores piensan que el trabajo que están haciendo, que es de ciencia básica, podría servir, en algún momento para que se mejoren las celdas solares que hay en el mercado.

El doctor Carlos Ramos nos dice que el Instituto de Investigaciones en Materiales tiene sus puertas abiertas para estudiantes de ingeniería, física o química que quieran involucrarse en la rica y vasta área de las ciencias de materiales y más adelante, aplicar sus conocimientos en numerosos campos como estudios de obras de arte, odontología, energías renovables, baterías y biomedicina, por mencionar algunos.