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Investigadores de la Universidad Friedrich Schiller de Jena y de la Universidad Friedrich Alexander de Erlangen-Núremberg han logrado un avance significativo al crear nanomateriales utilizando un «enfoque de abajo hacia arriba».
Sus resultados, publicados en la revista especializada ACS Nano, explotan el fenómeno de que los cristales tienden a crecer en ciertas direcciones durante la cristalización. Este enfoque único ha producido nanoestructuras caracterizadas como “barras decoradas con forma de gusano” que tienen un potencial prometedor para diversas aplicaciones tecnológicas.
“Nanoestructuras parecidas a gusanos”
Nuestras estructuras podrían describirse como varillas parecidas a gusanos con decoraciones.. En estas varillas están incrustadas nanopartículas esféricas; en nuestro caso fue sílice. Sin embargo, en lugar de sílice también se podrían utilizar nanopartículas conductoras o semiconductores, o incluso mezclas que con nuestro método se puedan distribuir selectivamente en los nanocristales..
Felix Schacher, profesor, Universidad Friedrich Schiller
La amplia gama de aplicaciones potenciales en ciencia y tecnología incluye áreas como el procesamiento de información y la catálisis.
Comprender y controlar el proceso de creación.
“El objetivo principal de este trabajo fue comprender el método de preparación en sí.“, explica el químico. Normalmente existen dos enfoques diferentes para producir nanoestructuras. El primero es reducir partículas más grandes a dimensiones nanométricas mediante procesos como la molienda. El segundo enfoque implica construir nanoestructuras ensamblando componentes más pequeños.
“Queríamos entender y controlar este proceso de construcción.“, explica Schacher. Para lograrlo, el equipo de investigación utilizó partículas individuales de dióxido de silicio, comúnmente conocidas como sílice. Incorporaron moléculas de polímero en forma de cadena, formando efectivamente una capa protectora alrededor de estas partículas de sílice.
Crecimiento cristalino dirigido
Podrías imaginarlo como pelo en una pelota. Estos pelos están hechos de un material llamado “poli-(isopropil-oxazolina)”. Esta sustancia cristaliza cuando se calienta. Y esa es la idea de nuestro método: los cristales casi nunca crecen en todas direcciones al mismo tiempo, sino que prefieren una determinada dirección. Esto se llama anisotropía. Esto nos permitió hacer crecer nuestras nanoestructuras de manera específica.
Felix Schacher, profesor, Universidad Friedrich Schiller
El equipo de investigación se topó con un fenómeno fascinante. “Para que el polímero cristalice, se necesitan pequeñas cantidades que no estén unidas a la superficie de una partícula, sino que estén libres en la solución de reacción y actúen como una especie de adhesivo. Hemos descubierto que las cantidades necesarias son tan pequeñas que son casi indetectables. Pero son necesarios» él añade.
Fuerte colaboración
Schacher está particularmente entusiasmado con la extraordinaria colaboración que hizo posible esta investigación. “Sin la excelente colaboración con el Prof. Michael Engel de la Universidad de Erlangen, este trabajo no habría sido posible.“ afirma el científico de Jena.
Utilizando simulaciones por computadora que mapearon el comportamiento a múltiples escalas, pudimos dilucidar en detalle los complejos procesos moleculares que subyacen a la formación de las nanoestructuras. Ese fue un desafío emocionante..
Michael Engel, profesor, Universidad de Erlangen
“A principios de este año tuvimos la oportunidad de participar juntos en un programa en el Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) de la Universidad de California, Santa Bárbara. Durante este taller escribimos este manuscrito juntos. Por supuesto, los experimentos subyacentes se habían llevado a cabo antes, en parte como parte del centro de investigación especial TRR 234 “CataLight”, financiado por la Fundación Alemana de Investigación. Pero la atmósfera inspiradora del taller nos dio el impulso que necesitábamos para completar el trabajo.“, concluyeron los investigadores.
Referencia de revista
Nabiyán, A., et al. (2023). Autoensamblaje de nanopartículas híbridas núcleo-cubierta mediante cristalización dirigida de polímeros injertados. ACS Nano. doi.org/10.1021/acsnano.3c05461.
Fuente: https://www.uni-jena.de/de
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