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(noticias nanowerk) Inspirándose en la naturaleza, los investigadores en nanotecnología han identificado la “curvatura espontánea” como el factor clave que determina cómo los materiales ultrafinos fabricados por el hombre pueden transformarse en tubos, giros y hélices útiles.
Una mejor comprensión de este proceso, que imita cómo se abren algunas vainas de semillas en la naturaleza, podría desbloquear una gama de nuevos materiales quirales que son 1.000 veces más delgados que un cabello humano y tienen el potencial de mejorar el diseño de dispositivos ópticos, electrónicos y mecánicos.
Las formas quirales son estructuras que no se pueden superponer a su imagen especular, de manera similar a cómo su mano izquierda es una imagen especular de su mano derecha pero no encaja perfectamente en ella.
La curvatura espontánea inducida por moléculas diminutas se puede utilizar para cambiar la forma de nanocristales delgados, influenciada por el ancho, el grosor y la simetría del cristal.
El estudio, publicado en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (“Las curvaturas incompatibles inducidas por ligandos controlan el polimorfismo y la quiralidad de nanoplacas ultrafinas”) fue llevado a cabo por miembros del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) en Francia, junto con sus colegas del Centro de Excelencia ARC en Ciencia de Excitones en el Universidad de Sídney.
Cambio de forma a nanoescala
Imagine un trozo de papel que, cuando se sumerge en una solución, se retuerce o se curva formando una espiral sin ninguna fuerza externa. Esto es similar a lo que sucede a nanoescala con ciertos materiales delgados.
Los investigadores han descubierto que ciertos tipos de nanoplacas semiconductoras (cristales planos extremadamente delgados) cuando se recubren con una capa de moléculas orgánicas llamadas ligandos, se curvan en formas complejas como tubos, giros y hélices. Esta transformación está impulsada por las diferentes fuerzas que ejercen los ligandos en la parte superior e inferior de las nanoplacas.
La importancia de este resultado radica en la capacidad de predecir y controlar la forma de estas nanoplacas mediante la comprensión de la interacción entre los ligandos y la superficie de la nanoplaca.
Del diseño de la naturaleza a la innovación a nanoescala
La inspiración de esta investigación surge de la observación de fenómenos naturales en los que predominan las estructuras helicoidales, desde el ADN de nuestras células hasta la torsión espontánea de las vainas de las semillas. Estas estructuras poseen propiedades únicas que son muy deseables en la ciencia de materiales por sus posibles aplicaciones en mecánica, electrónica y óptica.
Las nanoplacas, con su capacidad para formar estructuras helicoidales y propiedades ópticas excepcionales debido al confinamiento cuántico, se consideran candidatas ideales para el desarrollo de nuevos materiales con propiedades específicas. Estos podrían incluir materiales que reflejan selectivamente la luz, conducen la electricidad de formas novedosas o tienen propiedades mecánicas únicas.
Un marco para las tecnologías futuras
Las implicaciones de esta investigación son significativas. Al proporcionar un marco para comprender y controlar la forma de las nanoplacas, los científicos cuentan con una nueva herramienta para diseñar materiales con propiedades adaptadas con precisión para su uso en tecnologías que van desde la electrónica avanzada hasta los materiales inteligentes con capacidad de respuesta.
Por ejemplo, las nanoplacas podrían diseñarse para cambiar de forma en respuesta a condiciones ambientales como la temperatura o la luz, allanando el camino para materiales que se adapten y respondan a su entorno. Esto podría conducir a avances en el desarrollo de sensores más eficientes.
Además, el estudio sugiere la posibilidad de crear materiales que puedan cambiar entre diferentes formas con un aporte mínimo de energía, una propiedad que podría explotarse en el desarrollo de nuevas formas de actuadores o interruptores a nanoescala.
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