[ad_1]
(noticias nanowerk) Científicos e ingenieros han observado por primera vez en tiempo real cómo dos tipos de nanopartículas de diferentes materiales se combinan para formar nuevos materiales compuestos. Los resultados, informados por un equipo dirigido por la Universidad de Pensilvania y la Universidad de Michigan, podrían ayudar a los ingenieros a tener más control sobre los materiales de construcción que combinan las propiedades deseadas de cada partícula, como la fotoluminiscencia, el magnetismo y la capacidad de conducir electricidad.
«Estamos diseñando nuevos materiales que combinan diferentes tipos de funciones de maneras que no son posibles con los materiales que tenemos hoy», dijo Sharon Glotzer, catedrática Anthony C. Lembke de Ingeniería Química en la Universidad de Michigan y coautora del estudio. publicado en Síntesis de la naturaleza (“Cristalización de superredes de nanocristales binarios y la importancia de la atracción de corto alcance”).
Las tesis centrales
![Cuatro bolas rosas brillantes](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id64005_1.jpg)
Investigación
Las estructuras compuestas son un tipo de superred de nanocristales binarios y podrían usarse para dispositivos electrónicos, dispositivos ópticos y producción y almacenamiento de energía.
«La combinación de nanopartículas fotoluminiscentes y magnéticas podría, por ejemplo, hacer posible cambiar el color de un láser mediante un campo magnético», afirma Emanuele Marino, coprimer autor del artículo y ex investigador postdoctoral en la Universidad de Pensilvania. .
Normalmente, los ingenieros crean superredes binarias de nanocristales mezclando bloques de construcción de nanopartículas en una solución y dejando secar una gota de la solución. A medida que la gota se encoge, las partículas se combinan para formar las superestructuras deseadas. Luego, los ingenieros irradian los cristales con rayos X para ver las estructuras de nanocristales resultantes. Cada estructura cristalina dispersa rayos X en un patrón único que sirve como huella digital para identificar los cristales.
Ver cómo se ensamblan estos cristales en tiempo real ha sido un desafío científico porque se forman demasiado rápido para la mayoría de las técnicas de dispersión de rayos X. Sin reconocer los pasos que conducen a la estructura final, los científicos se quedan desconcertados sobre cómo sus mezclas de nanocristales conducen a superestructuras.
«Al descubrir cómo reaccionan estos materiales entre sí, podemos construir una biblioteca más completa de las estructuras que pueden formar cuando se combinan», dijo Christopher Murray, profesor de química Richard Perry en la Universidad de Pensilvania y coautor correspondiente. del Estudio.
El equipo creó las primeras mediciones de dispersión de rayos X en tiempo real de las superredes ralentizando el proceso de ensamblaje y utilizando técnicas de dispersión de rayos X más rápidas utilizando la Fuente Nacional de Luz Sincrotrón II en el Laboratorio Nacional Brookhaven en Upton, Nueva York.
«El alto flujo de rayos X de la instalación y la rápida recopilación de datos podrían rivalizar con la velocidad a la que se formaron los cristales», dijo Esther Tsai, científica investigadora del Laboratorio Nacional Brookhaven y coautora del estudio.
Para frenar la acumulación de la red, los investigadores mezclaron varias nanopartículas en una emulsión de aceite (casi como un aderezo magnético para ensaladas) y luego agregaron la emulsión al agua. La mezcla de nanopartículas se contrajo a medida que el aceite se difundió en el agua, pero a un ritmo mucho más lento en comparación con el método tradicional de secado al aire. Después de una fase inicial de crecimiento rápido que dura hasta cinco minutos, los nanocristales se unen expulsando lentamente lo último del aceite durante tres a cinco horas.
Observar los cristales resultantes permitió al equipo de la Universidad de Michigan deducir la física que explica cómo se formaron las redes y modelar el proceso mediante simulaciones por computadora.
«Utilizando información temporal de experimentos, podemos construir un modelo predictivo que reproduzca no sólo la estructura final, sino todo el proceso de ensamblaje de la estructura», dijo Sharon Glotzer, catedrática de ingeniería química en el Departamento Anthony C. Lembke de la Universidad de Michigan y coautor correspondiente Autor del estudio.
El equipo descubrió que el ensamblaje de superredes de nanocristales binarios se produce mediante atracciones de corto alcance entre los bloques de construcción de nanopartículas, independientemente del tipo de nanopartículas utilizadas, y «también confirmó que no se formaron fases intermedias antes del cristal final». Las gotas de emulsión no desempeñan ningún papel en la formación del cristal”, dijo Allen LaCour, ex estudiante de doctorado en ingeniería química en la Universidad de Michigan y coprimer autor del estudio.
Sin otros factores explicativos, las simulaciones concluyeron que la fuerza de las interacciones de los nanocristales es el factor principal que determina la estructura de superred en las gotas que se encogen. La fuerza de interacción se puede cambiar según el tamaño y la carga eléctrica de las partículas o agregando ciertos elementos a las partículas. Los modelos informáticos del equipo de UM pueden simular los efectos de estos cambios.
[ad_2]