Tomaz Carvalho Ingeniero industrial, con especialización en mecánica, Universidad Estatal de Río de Janeiro. Posgrado en Gestión de Proyectos (Método PMI), Universidad Estatal de Río de Janeiro. Consultor independiente, propietario de Opticon.
En la búsqueda de exclusividad y diferenciación en el mercado Latinoamericano, muchas ópticas y laboratorios invierten tiempo y recursos en desarrollar tratamientos antirreflejantes innovadores. Si bien crear nuevas recetas puede aportar valor, existe un amplio margen de mejora en los procesos y materiales ya disponibles.
Los materiales superhidrofóbicos (SHF) son un punto clave para la durabilidad, resistencia, rendimiento óptico y percepción de calidad del producto final. Sin embargo, existe una notable carencia de información respecto a la función de esta capa y cómo ella impacta al valor agregado del lente.
El SHF no solo repele el agua: este material genera una capa de protección nanométrica y extremadamente lisa que facilita la limpieza. No se trata únicamente de una cuestión de comodidad. Esta característica aporta beneficios fundamentales, muchas veces no asociados directamente con el SHF, que impactan de forma decisiva en el tiempo de garantía que puede tener un producto. La durabilidad determina no solo el período de garantía, sino también la manera como el usuario percibe la calidad del lente, teniendo en consideración que la capa SHF es la única que el cliente puede tocar y sentir. Ver Figura 1.
Figura 1. Efecto del SHF en la mitad del lente.
Lamentablemente, pocos usuarios tienen el cuidado y la paciencia de limpiar sus lentes de la manera recomendada: bajo agua corriente, a temperatura ambiente y con jabón neutro. Lo más habitual es hacerlo en seco, utilizando cualquier paño que esté disponible, muchas veces incluso con la ropa que estén usando. Cada vez que se limpia un lente de manera inadecuada, se pierde parte del espesor de la capa SHF. Con el tiempo, el tratamiento va disminuyendo su capacidad autolimpiante, lo que lleva al usuario —de forma inconsciente— a limpiar sus lentes con mayor frecuencia y aplicando más fuerza.
El aumento en la intensidad de la limpieza manual y agresiva disminuye la durabilidad del producto al generar daños como rayas (debido a la fricción), manchas (por pérdida de la protección contra la absorción del agua en las capas del AR), craquelamiento (debido a la fuerza de compresión) e incluso desprendimiento de capas (por desgaste general del tratamiento y pérdida de adhesión). Invertir en un SHF de calidad significa aumentar drásticamente la durabilidad del tratamiento y mejorar la percepción de calidad que tiene el usuario. Si los lentes son fáciles de limpiar, estos durarán más.
Es muy común que se piense, erróneamente, que los insumos utilizados en los tratamientos AR son “comodities”, es decir, que son todos iguales y que, por tanto, el precio es el único factor relevante. Este es un error aún más grave cuando se trata de materiales SHF. Cada proveedor maneja un químico propio con características, performance y durabilidad diferentes.
Aunque todos son polímeros con cadenas basadas en flúor, los parámetros de operación necesarios para su deposición en las máquinas de AR varían de un proveedor a otro. Además, un material superhidrofóbico (SHF) no necesariamente posee propiedades oleofóbicas, es decir, la capacidad de repeler la grasa presente, por ejemplo, en las huellas digitales o en zonas como la piel de la nariz y en las cejas. La grasa ensucia los lentes de manera muy visible y su adherencia obliga al usuario, repetidas veces, a ejercer más fuerza durante la limpieza, lo que acelera el desgaste del tratamiento.
Por este motivo, los fabricantes de smartphones aplican recubrimientos SHF con propiedades oleofóbicas en las pantallas. Aplicar un SHF de calidad que también sea oleofóbico es esencial si se busca ofrecer tratamientos de alta gama y diferenciados, aunque esto implique un mayor costo.
El proveedor de insumos debe informar las características de las pastillas que se adquieren, pues si el ángulo de contacto entre una gota de agua y la superficie del lente es de 110° o más, el material se considera superhidrofóbico, y no simplemente hidrofóbico; pero, esto no significa que también sea oleofóbico. Ver Figura 2 y 3.
Figura 2. Medición del ángulo de contacto.
Figura 3. Diagrama del ángulo de contacto.
El espesor de la capa SHF también es un factor determinante, ya que su durabilidad depende directamente de este factor y de otros parámetros del proceso. Los espesores muy bajos —normalmente empleados para reducir costos de producción— no generan tratamientos de alta durabilidad. Sin embargo, tener capas cada vez más gruesas tampoco garantiza una mayor resistencia: existe un límite a partir del cual el incremento del espesor deja de influir en la durabilidad o en la eficiencia del SHF.
Una vez más, esto resalta la importancia de contar con información completa por parte del proveedor, así como soporte técnico adecuado para la instalación de las recetas. Si el recubrimiento no mantiene su integridad por el tiempo esperado, un alto ángulo de contacto pierde su valor funcional.
En un plano aún más técnico, el método de aplicación del SHF también influye de manera directa en la calidad del tratamiento. El depósito puede realizarse de tres formas: mediante aplicación en fase líquida, evaporación en cámara de vacío por medio del cañón de electrones (EBG) o con un evaporador térmico (THE). Ver Figuras 4 y 5.
Figura 4. Evaporación por EBG.
Figura 5. Evaporación por THE.
El método de aplicación en fase líquida es muy sencillo, rápido y económico, pero no alcanza alta calidad, ya que la adhesión entre el material y el lente no suficientemente fuerte ni duradera. La evaporación por medio del cañón de electrones ofrece buenos resultados, aunque este equipo trabaja con una potencia muy superior a la necesaria para evaporar el SHF, lo que acelera el proceso y dificulta el control del espesor adecuado. Como consecuencia, el depósito puede volverse inestable o no uniforme entre todos los lentes de una misma campana o lote de producción.
La manera ideal para aplicar el SHF es por medio de un equipo (muchas veces opcional en las máquinas de AR) llamado evaporador térmico o Thermal Heat Evaporator (THE), el cual consiste en una chapa de metal similar a un pequeño barco, que se calienta por medio de una corriente eléctrica de baja intensidad, que va aumentando de manera controlada hasta alcanzar la temperatura en la cual el material comienza a evaporarse. Gracias a la baja potencia empleada, la evaporación se realiza de manera controlada y estable, generando capas homogéneas entre todos los lentes de una misma campana o lote. En los procesos de AR, la uniformidad es un factor clave de calidad.
Comprender las diferencias entre materiales hidrofóbicos, superhidrofóbicos y olefóbicos es esencial para que laboratorios y ópticas puedan informar correctamente a sus clientes sobre las características que van a determinar conceptos importantes como durabilidad, resistencia, eficiencia, costo de producción, precio de venta y valor agregado. La importancia de este escudo nanométrico es tanta que puede transformar un tratamiento antirreflejante sencillo en un producto de altísima gama.
