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Cuando se trata de nanomateriales, la forma es el destino. Es decir, la geometría de las partículas del material define las propiedades físicas del material resultante.
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«Un cristal hecho de nanoesferas se organiza de manera diferente que un cristal hecho de nanocubos, y estas disposiciones producen propiedades físicas completamente diferentes». dijo Wendy Gu, profesora asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de Stanford, al presentar su último trabajo, que aparece en la revista comunicación de la naturaleza. “Utilizamos una técnica de nanoimpresión 3D para producir una de las formas más prometedoras conocidas: los tetraedros truncados de Arquímedes. Son tetraedros del tamaño de una micra con puntas truncadas”.
En el artículo, Gu y sus coautores describen cómo nanoimprimieron decenas de miles de estas sofisticadas nanopartículas, las agitaron hasta obtener una solución y luego observaron cómo se autoensamblaban en varias estructuras cristalinas prometedoras. Más importante aún, estos materiales pueden cambiar de estado en cuestión de minutos simplemente reorganizando las partículas en nuevos patrones geométricos.
Esta capacidad de cambiar «fases», como los ingenieros de materiales llaman la cualidad de cambiar de forma, es similar al reordenamiento atómico que convierte el hierro en acero endurecido, o en materiales que permiten a las computadoras almacenar terabytes de datos valiosos en forma digital.
«Si podemos aprender a controlar estos cambios de fase en materiales compuestos de estos tetraedros truncados de Arquímedes, esto podría conducirnos a muchas direcciones de ingeniería prometedoras». Ella dijo.
Presa esquiva
Los tetraedros truncados de Arquímedes (ATT) se han considerado durante mucho tiempo una de las geometrías más deseables para producir materiales que puedan cambiar fácilmente de fase, pero hasta hace poco han sido difíciles de producir: se predicen en simulaciones por computadora pero son difíciles de reproducir en el mundo real.
Gu se apresura a señalar que su equipo no es el primero en producir tetraedros truncados de Arquímedes a nanoescala en grandes cantidades, pero están entre los primeros, si no los primeros, en utilizar la nanoimpresión 3D para hacerlo.
“Con la nanoimpresión 3D podemos crear casi cualquier forma que queramos. «Podemos controlar la forma de las partículas con mucho cuidado». Gu explicó. “Las simulaciones predijeron que esta forma particular forma estructuras muy interesantes. Si puedes empaquetarlos juntos de diferentes maneras, obtendrás propiedades físicas valiosas”.
Los ATT forman al menos dos estructuras geométricas muy deseables. El primero es un patrón hexagonal en el que los tetraedros se encuentran planos sobre el sustrato y tienen sus puntas truncadas apuntando hacia arriba, similar a una montaña a nanoescala. El segundo es quizás incluso más prometedor, afirmó Gu. Es una estructura cristalina de cuasi diamante en la que los tetraedros están orientados alternativamente hacia arriba y hacia abajo, como huevos en un cartón de huevos. La disposición de los diamantes se considera el “Santo Grial” en la comunidad de la fotónica y podría conducir a muchas direcciones científicas nuevas e interesantes.
Lo más importante es que, si se diseñan correctamente, los futuros materiales fabricados a partir de partículas impresas en 3D se podrán reorganizar rápidamente y alternar fácilmente entre fases mediante la aplicación de un campo magnético, corriente eléctrica, calor u otro método de ingeniería.
Gu dijo que podía imaginar revestimientos para paneles solares que cambian a lo largo del día para maximizar la eficiencia energética, novedosas películas hidrofóbicas para alas y ventanas de aviones que garantizan que nunca se empañen ni se congelen, o nuevos tipos de memoria de computadora. La lista sigue y sigue.
«Actualmente estamos trabajando para hacer que estas partículas sean magnéticas para controlar su comportamiento». Gu dijo sobre su última investigación, que ya está en marcha, que utiliza los tetraedros truncados de Arquímedes de nuevas formas. «Las posibilidades apenas están comenzando a explorarse».
Otros coautores del trabajo son los estudiantes de doctorado David Doan y John Kulikowski. Gu también es miembro de Stanford Bio-X.
Este trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias, una beca de posgrado de Stanford. DD, JK, la Fundación Hellman y la Fundación Nacional de Ciencias. Parte de este trabajo se realizó en las instalaciones compartidas Nano de Stanford, con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias, y en las instalaciones de imágenes de ciencias celulares de Stanford.
Fuente: https://engineering.stanford.edu/
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