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(Noticias de Nanowerk) Durante décadas, un proceso de libro de texto llamado «maduración de Ostwald», llamado así por el premio Nobel y químico Wilhelm Ostwald, ha guiado el diseño de nuevos materiales, incluidas las nanopartículas, materiales diminutos tan pequeños que son invisibles a simple vista.
Según esta teoría, las partículas pequeñas se disolverán y volverán a depositarse en la superficie de las partículas grandes, y las partículas grandes seguirán creciendo hasta que todas las partículas pequeñas se hayan disuelto.
Pero ahora, un nuevo video capturado por científicos del laboratorio de Berkeley muestra que el crecimiento de las nanopartículas no se debe a las diferencias de tamaño, sino a los defectos.
Los científicos informaron recientemente sus resultados en la revista comunicación de la naturaleza («Maduración mediada por defectos de nanoestructuras de núcleo-capa»).
“Este es un gran hito. Estamos reescribiendo la química de los libros de texto, y eso es muy emocionante», dijo el autor principal Haimei Zheng, científico principal en el departamento de Ciencia de Materiales en Berkeley Lab y profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en UC Berkeley.
Para el estudio, los investigadores suspendieron una solución de nanopartículas de sulfuro de cadmio (CdS) con cloruro de cadmio (CdCl2) y cloruro de hidrógeno (HCl) en un portamuestras líquido especial. Los investigadores irradiaron la solución con un haz de electrones para producir nanopartículas de núcleo y cubierta (CSNP) de Cd-CdCl2, que parecen discos hexagonales planos, con átomos de cadmio formando el núcleo y cloruro de cadmio formando la cubierta.
Usando una técnica llamada microscopía electrónica de transmisión de células líquidas de alta resolución (LC-TEM) en Molecular Foundry, los investigadores grabaron videos LC-TEM a escala atómica en tiempo real de Cd-CdCl2 CSNP madurando en solución.
En un experimento clave, un video LC-TEM muestra una pequeña nanopartícula de núcleo y cubierta de Cd-CdCl2 que se fusiona con un CSNP de Cd-CdCl2 grande para formar un CSNP de Cd-CdCl2 más grande. Sin embargo, la dirección del crecimiento no estuvo determinada por una diferencia de tamaño sino por un defecto de grieta en la cubierta del CSNP inicialmente más grande. «El resultado fue muy inesperado, pero estamos muy satisfechos con los resultados», dijo Qiubo Zhang, primer autor e investigador postdoctoral en el Departamento de Ciencia de los Materiales.
Los investigadores dicen que su trabajo es el video LC-TEM de mayor resolución jamás grabado. El avance, monitorear cómo maduran las nanopartículas en solución en tiempo real, fue posible gracias a una ‘celda líquida’ ultradelgada diseñada a medida que asegura una pequeña cantidad de líquido entre dos membranas de película de carbono en una rejilla de cobre. Los investigadores observaron la muestra líquida a través de ThemIS, un microscopio electrónico especializado en Molecular Foundry capaz de registrar cambios en líquidos a nivel atómico a velocidades de 40 a 400 cuadros por segundo. El entorno de alto vacío del microscopio mantiene intacta la muestra líquida.
«Nuestro estudio llena el vacío de las transformaciones de nanomateriales que la teoría tradicional no puede predecir», dijo Zheng, quien fue pionero en LC-TEM en Berkeley Lab en 2009 y es un destacado experto en el campo. «Espero que nuestro trabajo inspire a otros a pensar en nuevas reglas para diseñar nanomateriales funcionales para nuevas aplicaciones».
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