Científicos de Empa han desarrollado un revestimiento para cuerdas que indica el deterioro de las propiedades mecánicas cambiando de color. El revestimiento es complejo: consta de un total de tres capas.
Los investigadores de ETH Zúrich y Empa desarrollaron un sistema de recubrimiento allá por 2018 como parte de una tesis de máster, que el equipo de Empa ha podido aplicar ahora a fibras.
Los primeros recubrimientos solo funcionaban en superficies lisas, por lo que primero hubo que adaptar el método para que también funcionara en superficies curvas. Empa tiene una amplia experiencia en el recubrimiento de fibras: sus científicos ya han desarrollado fibras conductoras de la electricidad. Ahora también se ha utilizado con éxito el sputtering para el último recubrimiento.
Cambio de color gracias a la física
Se necesitan tres capas para que la fibra cambie de color cuando se expone al calor. Los investigadores aplican plata a la propia fibra, en el caso del trabajo de investigación PET (es decir, poliéster) y VectranTM, una fibra de alta tecnología. Esto sirve como reflector, es decir, como capa base metálica. A continuación se aplica una capa intermedia de óxido nítrico de titanio, que garantiza la estabilidad de la plata.
El filamento de poliéster recubierto antes (derecha) y después de la prueba de calor a 150 grados. El cambio de color de azul a blanco es claramente visible y la seguridad del producto ya no está garantizada (Foto: Empa)
Y sólo entonces aparece la capa amorfa que provoca el cambio de color: el germanio antimonio telurio (GST), de apenas 20 nanómetros de espesor. Si esta capa se expone a temperaturas elevadas, cristaliza, lo que cambia la impresión cromática, por ejemplo de azul a blanquecina. El cambio de color se basa en un fenómeno físico conocido como interferencia. En este proceso, dos ondas diferentes (por ejemplo, la luz) se encuentran y se amplifican o atenúan mutuamente. Dependiendo de la composición química de la capa sensible a la temperatura, este cambio de color puede ajustarse a una gama de temperaturas de entre 100 y 400 grados y adaptarse así a las propiedades mecánicas del tipo de fibra.
Se buscan socios para el proyecto
Los posibles campos de aplicación de las fibras que cambian de color siguen abiertos, y actualmente se buscan posibles socios para el proyecto.
Además de equipos de seguridad para bomberos o montañeros, las fibras también pueden utilizarse para cuerdas de carga en instalaciones de producción, en obras de construcción, etc. En cualquier caso, la investigación sobre el tema dista mucho de haber concluido. Actualmente, las fibras no pueden almacenarse durante largos periodos de tiempo sin perder su funcionalidad.
"Desgraciadamente, los materiales de cambio de fase se oxidan en pocos meses", explica un científico. Esto significa que el cambio de fase correspondiente -la cristalización- ya no se produce aunque se exponga al calor y, por tanto, la cuerda pierde su señal de alarma. En cualquier caso, se ha demostrado que el principio funciona y la durabilidad es un tema para futuras investigaciones. En cuanto los primeros socios de la industria se interesen por sus propios productos, las fibras podrán seguir optimizándose en función de sus necesidades.
