El centro de caracterización y fabricación de materiales sirve a la academia y la industria – Physics World

¿Puede dar una breve descripción de WATLab, sus principales instrumentos y lo que proporciona a los usuarios? Instrumentos principales y lo que proporciona a los usuarios.

WATLab es una instalación de metrología multiusuario en el Departamento de Química de la Universidad de Waterloo. Fue establecido en 2000 por el profesor Kam Tong Leung y sus dos primeros instrumentos fueron un microscopio de emisión de campo Leo 1530 y una herramienta de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) VG EscaLab. Hoy en día, los instrumentos a los que se accede con mayor frecuencia incluyen microscopios electrónicos de barrido (SEM), XPS, un microscopio electrónico de transmisión de alta resolución (HRTEM), sistemas de litografía por haz de iones y electrones (suministrados por Raith), espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS), así como microscopía de fuerza atómica, difracción de rayos X y espectroscopia Raman y de imágenes. También contamos con herramientas más especializadas, como un microscopio de iones de helio Zeiss y un microscopio de imágenes Thermo VG Auger, con la lista completa disponible en nuestro sitio web. watlabs.com.

¿Cómo interactúan los usuarios con WATLab? ¿Vienen a usar el equipo o te envían sus muestras?

Durante la pandemia de COVID-19, pasamos al servicio remoto. Sin embargo, ahora hemos vuelto a nuestra combinación habitual de metrología de servicio operada por el usuario (principalmente SEM) y operadora. La educación fue una parte importante del mandato original de nuestras agencias de financiación y ofrecemos clases breves de capacitación sobre el uso de algunas de las herramientas de manera segura y efectiva. La mayoría de los proyectos también implican discusiones con los usuarios sobre cómo interpretar sus resultados y comprender las limitaciones de los datos. Sin embargo, gran parte de nuestra financiación se basa en un modelo de pago por servicio, por lo que las discusiones exhaustivas y el funcionamiento por parte de los usuarios de nuestras herramientas más complejas y costosas simplemente no son rentables.

¿Puede darnos una idea de su base de usuarios en la universidad? ¿De qué departamentos provienen los usuarios?

La mayoría de nuestros usuarios son estudiantes y profesores de la Universidad de Waterloo y empresas de tecnología locales. También ayudamos a investigadores de universidades y empresas en etapa inicial de todo Canadá y Estados Unidos. La mayor parte de nuestras herramientas y experiencia están relacionadas con materiales inorgánicos como metales, cerámicas y semiconductores, aunque hemos realizado varios proyectos de polímeros y ciencias biológicas. Nuestra base de usuarios en Waterloo abarca química, física, ciencias de la tierra y ambientales. También trabajamos con personas de departamentos de ingeniería, incluidos ingeniería mecánica, química, civil y de diseño de sistemas, y realizamos proyectos ocasionales con personas de otros departamentos universitarios.

¿Cuáles son algunos de los servicios más populares que ofrece?

Nuestras herramientas más populares son los microscopios electrónicos de barrido de emisión de campo con espectroscopia de rayos X de energía dispersiva (SEM/EDS). En la nanociencia, la capacidad de observar y analizar fácilmente materiales en una escala de longitud de decenas de nanómetros es una de las razones por las que el campo se ha expandido tanto en los últimos años.   

Posteriormente, la herramienta VG-ESCALab XPS es el equipo más reservado por nuestros usuarios.  XPS es una poderosa herramienta para analizar el estado de valencia de varios compuestos. Por ejemplo, el grafito tiene enlaces de carbono con hibridación sp2 y diamante con hibridación sp3. Estas diferentes estructuras de enlace se pueden observar en el XPS como un cambio en el pico de energía cinética del carbono. Otra ventaja del XPS es su extrema sensibilidad superficial. XPS normalmente sondea solo uno o dos nanómetros de la superficie de la muestra, sin ningún ruido del sustrato subyacente. Esto permite analizar con precisión materiales de película delgada.

¿Puede darnos algunos ejemplos de investigaciones científicas y trabajos industriales notables que se hayan realizado en WATLab?

A nivel local, hemos ayudado con la resolución de problemas de fabricación y la remediación ambiental. Un miembro de la facultad de ciencias de la Tierra tenía un proyecto que buscaba la presencia y la forma de arsénico en el suelo cerca de un sitio minero. Revisamos una gran cantidad de muestras de secciones delgadas con SEM para encontrar los minerales de arsénico precipitados pesados ​​y los evaluamos con EDS y XPS para determinar si los compuestos de arsénico  eran inertes o ambientalmente activos.   

Un proyecto anterior para BlackBerry, con sede en Waterloo, era evaluar materiales en su cadena de suministro para detectar la presencia de cromo hexavalente, que es cancerígeno y está prohibido en la Unión Europea.  Dado que en los pigmentos se utilizan habitualmente varias valencias de cromo y que sólo el cromo hexavalente es peligroso, se utilizó ESCALab para determinar el estado de enlace del cromo en los materiales.

Más recientemente, una nueva empresa local desarrolló un nuevo proceso para fabricar fibras de polímero fundidas por soplado con fibras más largas y finas para diversas aplicaciones, incluidos pañales, toallitas y filtros. Luego apareció el COVID-19, por lo que la empresa se centró en la aplicación de filtros. Las fibras más delgadas permiten eliminar partículas más pequeñas con una caída de presión menor a través del filtro, lo que mejora la eficiencia. Utilizamos el SEM para obtener imágenes de sus materiales de fibra fabricados en diferentes condiciones, para determinar qué factores eran óptimos.

¿Qué trayectoria profesional seguiste para trabajar en WATLab?

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Obtuve una licenciatura en física en la Universidad McGill en Montreal y un doctorado en ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Wisconsin-Madison en Estados Unidos. Mi proyecto de doctorado consistió en fabricar, analizar y medir las propiedades superconductoras de los límites de grano de óxido de cobre, bario e itrio. Después de eso, trabajé como investigador postdoctoral y científico en California, antes de regresar a Canadá. Esto me dio experiencia con una variedad de herramientas y técnicas de medición, así como experiencia en la resolución de problemas de equipos.

¿Qué es lo que más disfrutas de tu trabajo?

Lo más interesante de trabajar en WATLab es la variedad de proyectos diferentes en los que están trabajando nuestros usuarios. Estudiar artefactos (¡o no!) en un nuevo conjunto de datos siempre es un desafío. He aprendido mucho sobre nuestras herramientas y sobre cómo aplicarlas en diversas áreas académicas. Enseñar y comunicarme con los usuarios son otras habilidades importantes que he desarrollado mientras estuve en WATLab.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/materials-characterization-and-fabrication-centre-serves-academia-and-industry/