Entre las aplicaciones potenciales del [1] ALD (Atomic Layer Deposition), una técnica en vías de perfeccionamiento por los investigadores del [2] Laboratorio Nacional de Argonne, estarían la fabricación de células solares más eficientes y menos costosas, catalizadores industriales, superconductores mejorados y  membranas de separación. Esta técnica es la única que permite cubrir objetos en 3D mediante capas que se ajustan perfectamente. Para ello, se somete al objeto a una serie de pulsos reactivos de un gas que permite aplicar una película sobre la superficie del objeto. La reacción química entre los gases y la superficie da lugar a una monocapa con un espesor exactamente igual al de una molécula. Esta técnica permite la deposición de una gran variedad de materiales, desde óxidos y nitruros hasta metales y sulfatos. Lo que convierte a ALD en un método más eficaz frente a los métodos tradicionales como la evaporación, es la posibilidad que ofrece de cubrir cada esquina y resquicio de cualquier objeto.

Los investigadores utilizaron este procedimiento para la fabricación de membranas catalíticas nanoestructuradas (NCMs). Estas estructuras permiten reacciones catalíticas que, por ejemplo, convierten materias primas baratas en productos más valiosos y sintetizan carburantes.

El objetivo actual del grupo de Sistemas de Energía de Argonne es poder medir las propiedades de los catalizadores y sintetizar otros materiales catalíticamente relevantes en el interior de las NCMs.  Este grupo ha estado trabajando en NCMs con el fin de llevar a cabo reacciones químicas que permitan producir materiales que contribuyan al sustento del país.

La meta de unos de los investigadores ha sido mejorar la eficacia de los catalizadores en el proceso  [3] Fischer-Tropsch. Este proceso toma el [4] singás, una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno, y lo convierte en carburantes. El singás puede provenir de una gran variedad de materiales, desde gas natural, o carbón. Se espera que los NCMs puedan mejorar la actuación de los catalizadores Fischer-Tropsch lo suficiente como para que la  producción de carburantes libres de azufre sea económicamente viable en el siguiente par de décadas.

Por otro lado, los mismos investigadores,  han comenzado a aplicar la tecnología ALD a los LEDs, que están considerados como la fuente de luz más eficaz que existe, pues no se calientan y  presentan un bajo consumo de potencia eléctrica. Los LEDs requieren un electrodo que por un lado, permita suministrar electricidad al material semiconductor, y que por el otro sea transparente para que deje que la luz se escape. Tradicionalmente, este electrodo estaba hecho de [5] ITO (Oxido de indio-titanio), que es un material muy caro para ser producido masivamente.  Se está estudiando la posibilidad de reemplazar el ITO por una cadena de nanopartículas metálicas alineadas dentro de un campo magnético para que formen una red eléctricamente conductora. Lo que se hace es aplicar un recubrimiento de ALD para que se forme un electrodo conductor transparente y  poder así fabricar LEDs más baratos.

En colaboración con la Universidad de Northwestern, los investigadores de Argonne están también fabricando células solares muy eficientes. Éstas usan también tecnología ALD de manera similar a los NCMs-se depositan capas perfectamente ajustadas de óxidos conductores y semiconductores transparentes sobre las superficies internas de las membranas nanoporosas. Como en el proceso de fabricación el silicio no está involucrado,  a diferencia de lo que sucede en las células solares convencionales, se espera poder producir electricidad con un coste mucho más bajo.

 Las imagines muestran como una combinación de óxido de aluminio anodizado y (AAO) y la deposición en capa atómica (ALD) constituyen un suporte muy uniforme, controlable y poroso para catalizadores nuevos.