Departamento de Física de Materiales

Área: Materiales Magnéticos

Cerámicos avanzados

En el Cimav un grupo de investigadores desarrollan películas delgadas para memorias ferroeléctricas y ferromagnéticas aplicables a dispositivos electrónicos.

La tecnología que predomina hoy en día son las denominadas memorias magnéticas, las cuales, a pesar de ser eficientes, presentan ciertas limitaciones. En cambio, las memorias ferroeléctricas ofrecen mayores ventajas porque requieren poca energía, permiten gran velocidad de escritura, duplican su capacidad de almacenamiento de datos y no presentan daño en el dispositivo porque no contienen piezas móviles.

Actualmente, existe gran interés en el desarrollo de micro dispositivos electrónicos que permitan acoplamiento ferroeléctrico y ferromagnético con el objetivo de duplicar el almacenamiento de datos en memorias no volátiles. A nivel mundial se llevan a cabo grandes esfuerzos por desarrollar materiales que provean este acoplamiento pero en una sola estructura cristalina, por ello, grupos de investigadores dirigen sus trabajos hacia el desarrollo de esta tecnología y en el Cimav el área de cerámicos avanzados se encuentra realizando investigaciones enfocadas en el desarrollo de películas delgadas con propiedades ferroeléctricas y ferromagnéticas.

Este tipo de películas se obtienen a partir de materiales a base de Ferrita de Bismuto dopado con diferentes cationes, la ferrita de bismuto es un material antiferromagnético, sin embargo, cuando se dopa con elementos de transición (por ejemplo, níquel, bario y cobalto), cambian sus propiedades y se vuelve un material tanto ferroeléctrico, como ferromagnético. Los investigadores del Cimav lograron obtener las dos propiedades en una sola estructura cristalográfica, lo que significa para la industria electrónica abatir los costos de producción y brindar mayores ventajas tecnológicas. En este sentido, se realizan investigaciones de nuevos materiales en forma de heteroestructuras (bicapas ultra-delgadas) de ferrita de bismuto basadas con Pr y Ba para aumentar la respuesta de acoplamiento ferroeléctrico y ferromagnético.

Además, este equipo de especialistas desarrolló un dispositivo para realizar mediciones ferroeléctricas en películas delgadas sobre electrodos de 50 micras. El costo de este dispositivo representa solamente el 10% de uno comercial. El dispositivo es funcional, rápido, portátil y práctico, único en su tipo.

AReyes


Dr. Armando Reyes Rojas
Tel. +52 (614) 439 1118
armando.reyes@cimav.edu.mx


Energía eléctrica generada a partir de biomasa proveniente de desechos agrícolas

EquipoAReyes

El grupo de especialistas de esta área realizan trabajos de investigación con el objetivo de desarrollar nuevos materiales para su potencial aplicación en celdas de combustible de óxido sólido (SOFC, por sus siglas en inglés).

Las celdas SOFC pueden generar energía eléctrica a partir de la biomasa proveniente de desechos agrícolas, industriales e, incluso, de desperdicios urbanos. El proceso se produce a partir de la descomposición del gas metano, contaminante que emiten los desechos orgánicos, el cual al momento de entrar a la celda produce energía eléctrica. El desarrollo de esta tecnología abre en México el acceso a un mercado energético más amplio, el cual incluye la generación eléctrica en zonas rurales.

Debido a las condiciones climáticas en la zona norte del país, donde la temperatura es muy baja en invierno, estos sistemas pudieran funcionar en forma dual: calor y potencia. En invierno funcionaría como calefacción y generador de energía eléctrica, y en el verano como generador eléctrico.

Las celdas SOFC no producen contaminación ya que, como resultado de la reacción química, se obtiene vapor de agua y electricidad. Además, no eran aplicadas en sistemas móviles, sin embargo, una empresa automotriz ya logró desarrollar un vehículo que trabaja con este tipo de celdas. Esta tecnología se emplea con buenos resultados y en diversas aplicaciones en Japón, Alemania, Canadá y Estados Unidos. Para uso doméstico, son del tamaño de un refrigerador pequeño, trabajan como una planta de luz y funcionan con gas natural, metano, alcohol, hidrógeno y monóxido de carbono.

El proceso que llevan a cabo las celdas de combustible de óxido sólido se produce por una reacción química óxido/reducción a 1000 Celsius, la cual utiliza un electrolito cerámico en vez de una membrana líquida o polimérica. En el cátodo se produce la reducción del oxígeno, de manera que los iones se mueven a través del electrolito hacia el ánodo donde se da la reacción de oxidación del hidrógeno, generándose con ello una pérdida de electrones hacia el circuito externo, la cual puede emplearse, por ejemplo, para mover un automóvil o energizar cualquier sistema.

Las celdas de combustible de óxido sólido, duplican la eficiencia de los actuales sistemas convencionales para generar electricidad basados en el ciclo de Carnot.

Los investigadores del Cimav buscan desarrollar materiales que permitan disminuir la temperatura y el costo de esta tecnología. Además, los especialistas están en la etapa intermedia para desarrollar un dispositivo que, a través de un sistema, pueda medir la eficacia de la celda de combustible. En este sentido han construido un prototipo para medir celdas de combustible de óxido sólido hasta 1000oC usando diferentes combustibles. Los trabajos de investigación del Cimav han generado publicaciones en revistas con alto factor de impacto y han permitido formar capital humano especializado.