PROGRAMA DE ESTÍMULOS A LA INNOVACIÓN

Transcripción

1 NUMERO DE PROYECTO: EMPRESA BENEFICIADA: Vitro Vidrio y Cristal SA de C.V. TÍTULO DEL PROYECTO: Aplicación de técnicas de depósito de vapor químico de materiales para desarrollar nuevos recubrimientos funcionales para vidrio plano. IES / CI VINCULADOS: FCFM- UANL (Facultad de Ciencias Físico Matemáticas de la Universidad Autónoma de Nuevo León) CINVESTAV (Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional Unidad Zacatenco ( CINVESTAV- Zacatenco)

2 OBJETIVO DEL PROYECTO Desarrollar a nivel laboratorio una nueva familia de productos con recubrimientos nanométricos que permita incursionar a la empresa en el mercado nacional y de exportación, y desplegar las capacidades de laboratorio que apoyen el desarrollo de nuevos productos basados en tecnologías de Deposición de Vapor Químico a Presión Atmosférica (Atmospheric Pressure Chemical Vapour Deposition) APCVD por sus siglas en inglés y/o de Deposición de Vapor Químico Asistido por Aerosol (Aerosol Assisted Chemical Vapour Deposition) AACVD.

3 OBJETIVOS CIENTIFICOS Y TECNOLOGICOS DEL PROYECTO Desarrollar a nivel laboratorio películas del tipo TCO (Transparent Conductive Oxide) de baja emisividad (Low-E) y fotocataliticas utilizando las técnicas de y APCVD y AACVD Evaluar las características de los recubrimientos y su impacto en los productos obtenidos cuando son aplicados en substrato vítreo. Determinar las variables y obtener condiciones operativas para desarrollar los nuevos productos tomando en cuenta su escalabilidad Implementar las capacidades de laboratorio que permitan obtener la nueva plataforma de productos con recubrimientos nanos estructurados en substratos de hasta 100mmx100mm y su posible escalamiento a sustratos de 300 x300 mm. Obtener la ingeniería conceptual para implementar una línea piloto que combina las técnicas evaluadas (AACVD o APCVD). Impulsar la formación de recursos humanos especializados, por medio de la contratación de estudiantes de maestría y doctorado Determinar nuevos conceptos inventivos viables de protección intelectual Capitalizar la experiencia y conocimientos desarrollados en la investigación en ciencia básica de CINVESATAV en Películas delgadas y de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas en nanorecubrimientos.

4 PRINCIPALES ACTIVIDADES REALIZADAS 1.- Desarrollo de Películas en Laboratorio AACVD Se desarrollaron y caracterizaron películas en forma de recubrimiento para una nueva familia de productos. Estas películas se depositaron sobre vidrios con recubrimientos conductivos tipo TCO (óxidos conductivos transparentes), vidrio con película de baja emisividad (Low-e) y películas sobre vidrio con propiedad Antirreflejante (AR). Nuevas Familias de Productos Muestras Técnica Capas Familia AACVD AACVD AACVD APCVD APCVD FACVD ZnO:In Al 2 O 3 Ag:Zr:TEA ZnO:In SiO 2 SiO 2 TiO 2 IZO Ag:Zr:TEA IZO Zn:In SnO:F SiO 2 Low e TCO Antireflejo Low e TCO Antireflejo

5 2.- Pruebas Línea PILOTO Incubadora Nanotecnología Línea Piloto (1 a generación) AACVD Se establecieron especificaciones de una línea piloto para generar familias de recubrimientos Low-e y TCO. Además, se realizaron evaluaciones tecnológicas de los equipos para la fabricaciones de una línea AACVD. Se hicieron las investigaciones necesarias para la renovación de dicha línea piloto, cuyos cambios fueron implementados. Se obtuvieron pruebas de productos AACVD en línea piloto 1a generación incubadora de nanotecnología, dando resultados esperados. Por ultimo se caracterizaron las muestras obtenidos en línea piloto.

6 3- Diseño de Línea Piloto 2da generación AACVD Se diseñó una línea piloto de 2da generación para familia de productos con recubrimiento por medio de la técnica AACVD para recubrimientos funcionales en Vidrio.

7 Low-e y Low-e de control solar Conductividad: ej. Photovoltaicos (TCO) Anti-reflecjo (AR) Anti-estático Anti-Mist (calentable) normalmente utilizados para evitar condensación Autolimpliables (fotocatáliticos) Películas de barrera (iones, humedad,etc) Hidrofóbicos Anti-corrosión Anti-bacterial/fungicidas Las funcionalidades anteriores pueden ser escaladas a nivel de planta piloto y posteriormente en línea de producción, permitiendo la generación de nuevas familias de productos con alto valor agregado. 4.- Equipo de Laboratorio APCVD. Se adquirió equipo APCVD para realizar pruebas en laboratorio. Se realizó una exploración de Tecnologías Existentes para utilizar la técnica de APCVD. Por parte de la empresa y la UANL se hizo una búsqueda extensa de tecnologías. Las capacidades del equipo de laboratorio para recubrimientos asistidos por APCVD con capacidad de amoldarse a FACVD( Flame Assisted Chemical Vapor Deposition) permite la posibilidad de desarrollar las siguientes funcionalidades en vidrio:

8 4.- Equipo de Laboratorio APCVD. En la fase inicial se diseño y se implemento un equipo APCVD para realizar pruebas en sustratos pequeños en el laboratorio de la UANL

9 BREVE DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO: Trabajando en conjunto con el CINVESTAV Unidad Zacatenco y la Universidad Autónoma de Nuevo Leon, la empresa Vitro Vidrio y Cristal desarrolló a nivel laboratorio una nueva familia de productos con recubrimientos nanométricos, asi mismo se implementaron nuevas capacidades de laboratorio para realizar el desarrollo de nuevos productos basados en tecnologías de Deposición de Vapor Químico Asistido por Aerosol (Aerosol Assisted Chemical Vapor Deposition) AACVD y de APCVD(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition) para la obtención de nuevos productos como los siguientes: Vidrio con recubrimientos de baja (Emisiviad Low-e). La película de baja emisividad actúa como barrera térmica: En clima frio, permite el paso de calor directo, onda corta, hacia el interior e impide que se pierda el calor ganado en el interior, es decir, refleja onda larga. En clima cálido: Se manejan películas de baja emisividad, limitando el paso del calor directo (onda corta) y reflejando el calor de onda larga presente en las aceras, calles, etc. Vidrio con recubrimientos Conductivos Transparentes (TCO). Los productos TCO pertenecen a la familia de los vidrios Low-E pirolíticos, pero varía el espesor de la película, exhiben valores de baja emisividad cercanos 0.10 y de resistividad menores a 10 Ohm/sq (La película Low E tiene una resistencia cercana a 16 Ohms) hasta 0.50 con resistividad de 75 Ohm/sq. Se llaman transparentes porque deben permitir el paso de transmisión visible entre 350 y 800 nm; esta parte de energía solar, es aprovechada por la celda PV tipo Thin Film para convertirla a energía eléctrica. Vidrio con recubrimientos Anti-Reflejo (AR). La combinación adecuada de multicapas crea una reflexión en la fase del recubrimiento que rebotan desde el substrato.. El Vidrio que refleja un porcentaje muy bajo de luz. Ofrece máxima transparencia y claridad óptica, brindando una mejor visualización.

10 RESULTADOS DEL PROYECTO: Películas en Laboratorio AACVD: Se detalló el desarrollo de películas en forma de recubrimiento para una nueva familia de productos. Estas películas fueron depositadas sobre vidrios con recubrimientos conductivos tipo TCO (óxidos conductivos transparentes), vidrio con película de baja emisividad (Low-e) y películas sobre vidrio con propiedad Antirreflejante (AR). Reporte arte previo: CINVESTAV Y UANL realizaron una actualización del Estado del Arte. En dichos estados del arte se citaron documentos como patentes, artículos científicos y demás documentos informativos acerca de los recubrimientos Low-e. antirreflejantes y TCO s. Muestra físicas 10x10: Se obtuvieron muestras físicas de 10x10cm. Estas muestras contienen recubrimientos conductivos tipo TCO (óxidos conductivos transparentes), vidrio con película de baja emisividad (Low-e) y películas sobre vidrio con propiedad Antirreflejante (AR).

11 RESULTADOS DEL PROYECTO: Muestras físicas de línea piloto: Se obtuvieron muestras físicas 10x10cm utilizando la línea piloto para recubrimientos AACVD. Diseño de Línea Piloto 2da generación AACVD: Se diseñó una línea piloto de 2da generación para utilizar el método AACVD para recubrimientos funcionales en Vidrio. Ingeniería de detalle de línea piloto 2a generación: Se realizó la ingeniería a detalle de la línea piloto diseñada. Modelo cinemática de línea piloto 2a Generación: Se elaboró un diagrama cinemático en el cual están indicados los tiempos de operación de la que será la línea piloto para el recubrimiento de vidrio flotado.

12 RESULTADOS DEL PROYECTO: Equipo de Laboratorio APCVD: Se cuenta con un equipo APCVD para continuar pruebas. Se realizó una exploración de Tecnologías Existentes para utilizar la técnica de APCVD en laboratotrio. Por parte de VVyC y la UANL se hizo una búsqueda extensa de dichas tecnologías. Se realizó vinculación con un centro de Investigación (CVD Technologies ) en Manchester, Inglaterra. Muestras físicas APCVD: Se pudieron obtener películas delgadas de ZnO usando un prototipo de laboratorio de APCVD. Se puede observar que la película con tiempo de crecimiento de 30 min tiene un tamaño de grano promedio de nm y una rugosidad promedio de nm. Se prepararon muestras físicas 10x10 cm recubiertos por medio de la técnica APCVD. Reporte de caracterización Muestras APCVD: Se hizo un reporte de caracterización de las muestras 10x10cm funcionalizadas por medio de APCVD. Se puede observar que la película con tiempo de crecimiento de 1 hr tiene un tamaño promedio de grano de nm y una rugosidad promedio de nm. En las pruebas preliminares se observa que el tamaño de grano y rugosidad dependen del tiempo de depósito

13 RESULTADOS DEL PROYECTO: Solicitud de nueva PI formalizada: Se hizo solicitud para secreto industrial de parte de la empresa VVyC titulado: Diseño de una boquilla de flujos controlados para el depósito de películas TCO, Low e y Low e + control solar en sustratos de 100 x 100 mm Plan para asimilar la tecnología de los CI: Se planeó la asimilación de la tecnología por parte de los Centros de Investigación en colaboración para cumplir las metas del presente proyecto. Base de datos calve en la red de la empresa: Los documentos clave están archivados en la base de conocimientos de VVyC de manera impresa y digital.

14 IMPACTOS DEL PROYECTO: Impacto ambiental. Desarrollo de un prototipo para estudiar las propiedades fotocatalíticas de películas de TiO 2. Amigables con el ambiente. Impactos científicos y tecnológicos. Desarrollo de un prototipo para el depósito de películas del tipo TCO (Transparent Conductive Oxide) de baja emisividad (Low-E) y fotocatalíticas en sustratos de 100x100 mm, por la técnica AACVD (Aerosol Assisted Chemical Vapor Deposition). Propiedad intelectual aplicada en patentes y / o secretos industriales. Generación de 1 secreto inductrial: Diseño de una boquilla de flujos controlados para el depósito de películas TCO, Low e y Low e + control solar en sustratos de 10 x 10 cm. Impacto económico. Obtención de nuevos recubrimientos funcionales mediante un proceso de bajo costo. Impacto social. Formación de estudiantes o recién egresados en ambientes reales de trabajo : Estudiantes : 5, Tesis, Prácticas profesionales, y/o Servicio social. Contratación de : 2 doctores recién egresados y un Post Doctorado

15 IMPACTOS DEL PROYECTO Tipo de Descripción Impacto Científico Se realizaron 3 publicaciones técnico científicas en revistas indexadas. Tecnológico Se documentó un secreto industrial con el Diseño de una boquilla de flujos controlados para ser escalamiento piloto en una próxima etapa. Nueva Plataforma tecnológica a nivel laboratorio para métodos de deposición de películas por medio de técnica AACVD. Económico Obtención de 3 nuevos recubrimientos funcionales en una etapa posterior, permitirán el lanzamiento al mercado de nuevas familias de productos Social Formación de recursos humanos: 4 Tesis, Prácticas profesionales, Servicio social. Contratación de Dos Doctores y un post Doctorado