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(noticias nanowerk) Un equipo de investigadores de la Universidad Rice ha descubierto cómo se mueven parches de materiales 2D en líquidos, hallazgos que podrían ayudar a los científicos a ensamblar materiales a escala macroscópica con las mismas propiedades útiles que sus homólogos 2D.
«Los nanomateriales bidimensionales son materiales extremadamente delgados, de sólo varios átomos de espesor, en forma de lámina», dijo Utana Umezaki, estudiante de doctorado de Rice y autor principal de un estudio publicado en ACS Nano (“Difusión browniana de nanohojas hexagonales de nitruro de boro y grafeno en dos dimensiones”). «Se comportan de manera muy diferente a los materiales a los que estamos acostumbrados en la vida cotidiana y pueden tener propiedades realmente útiles: pueden soportar mucha fuerza, soportar altas temperaturas, etc.». Para aprovechar estas propiedades únicas, necesitamos encontrar formas de convertirlos en materiales más grandes, como películas y fibras”.
Para conservar sus propiedades especiales a granel, las capas de materiales 2D deben estar correctamente alineadas, un proceso que a menudo ocurre en la fase de solución. Los investigadores de Rice se centraron en el grafeno, que está formado por átomos de carbono, y en el nitruro de boro hexagonal, un material con una estructura similar al grafeno pero formado por átomos de boro y nitrógeno.
«Estábamos especialmente interesados en el nitruro de boro hexagonal, a veces llamado ‘grafeno blanco’, que, a diferencia del grafeno, no conduce la electricidad pero tiene una alta resistencia a la tracción y es químicamente estable», afirma Ángel Martí, catedrático de Química, Bioingeniería, Ciencia de Materiales y nanoingeniería y presidente del departamento de química de Rice. “Una de las cosas de las que nos dimos cuenta fue que no se entendía muy bien la difusión del nitruro de boro hexagonal en solución.
“De hecho, cuando revisamos la literatura, descubrimos que lo mismo ocurría con el grafeno. No pudimos encontrar un informe sobre la dinámica de difusión a nivel de molécula única para estos materiales, lo que nos motivó a abordar este problema”.
Los investigadores utilizaron un tensioactivo fluorescente, es decir, un jabón incandescente, para marcar las muestras de nanomateriales y hacer visible su movimiento. Los vídeos de este movimiento permitieron a los investigadores mapear las trayectorias de las muestras y determinar la relación entre su tamaño y su movimiento.
«Basándonos en nuestra observación, notamos una tendencia interesante entre la velocidad de su movimiento y su tamaño», dijo Umezaki. «Podríamos expresar la tendencia con una ecuación relativamente simple, lo que significa que podríamos predecir el movimiento matemáticamente».
Se descubrió que el grafeno se mueve más lento en la solución líquida, posiblemente porque sus capas son más delgadas y flexibles que el nitruro de boro hexagonal, lo que resulta en una mayor fricción. Los investigadores creen que la fórmula derivada del experimento podría usarse para describir cómo se mueven otros materiales 2D en contextos similares.
“Es importante entender cómo funciona la difusión en un ambiente confinado para estos materiales, porque cuando queremos hacer fibras, por ejemplo, extruimos estos materiales a través de inyectores o hileras muy delgadas”, dijo Martí. «Así que este es el primer paso para comprender cómo se componen y se comportan estos materiales cuando están en este ambiente confinado».
Como uno de los primeros estudios que investiga la hidrodinámica de materiales de nanoláminas 2D, la investigación ayuda a llenar un vacío en el campo y podría ser fundamental para superar los desafíos de producir materiales 2D.
«Nuestro objetivo final al estudiar estos componentes básicos es poder crear materiales macroscópicos», dijo Martí.
Anatoly Kolomeisky, profesor de química e ingeniería química y biomolecular en la Universidad Rice, y Matteo Pasquali, profesor AJ Hartsook de ingeniería química y biomolecular y profesor de química, ciencia de materiales y nanoingeniería, son los autores correspondientes del estudio.
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