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(noticias nanowerk) Además de sus componentes principales, las propiedades de los materiales cristalinos y nanoporosos a menudo dependen de manera crítica de átomos o iones huéspedes incrustados en los diminutos poros de su estructura reticular. Esto se aplica tanto a los materiales de alta tecnología utilizados en la tecnología de sensores o de separación como a los materiales naturales.
La piedra preciosa azulada aguamarina, por ejemplo, sería incolora sin estos componentes invitados. Es difícil determinar el tipo y la ubicación de los componentes invitados porque muchos materiales son sensibles a las emisiones de radiación de los microscopios electrónicos.
Gracias a un nuevo método desarrollado por un equipo dirigido por Daniel Knez y Ferdinand Hofer en el Instituto de Microscopía Electrónica y Nanoanálisis de la Universidad Tecnológica de Graz (TU Graz), esto ahora es posible con menos radiación y, por tanto, mucho más fácil.
«La singularidad de nuestro método es que podemos determinar la distribución tridimensional de iones en canales de cristal o nanoporos utilizando una sola imagen de microscopio electrónico», dice Daniel Knez.
Los resultados fueron publicados en Materiales de comunicación (“Distribución tridimensional de átomos individuales en los canales de berilo”).
![Una micrografía electrónica de una aguamarina.](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64893_1.jpg)
El misterioso color azul del aguamarina
Los investigadores desarrollaron su método analizando la piedra preciosa aguamarina. Hasta ahora no se sabía en qué lugar del cristal se encuentra exactamente el hierro que da a la piedra su color azul. Una hipótesis fue que los átomos de hierro individuales se quedan atrapados en los poros y crean este efecto desde allí. Pero esto ahora ha sido refutado.
En sus experimentos, los investigadores determinaron sin lugar a dudas que en los poros no había hierro, sino iones de cesio. Los átomos de hierro colorantes se encuentran muy cerca de los iones de cesio, pero están integrados en las columnas de la red cristalina.
Una única imagen con resolución atómica como base
Para sus experimentos, los investigadores tomaron la llamada imagen de contraste Z del cristal de aguamarina con resolución atómica utilizando el microscopio ASTEM, un microscopio electrónico de transmisión de barrido.
El haz de electrones del microscopio ASTEM se enfoca en la superficie de la muestra cristalina y también penetra en los poros del material. Si golpea los iones almacenados allí, aparecen como puntos brillantes en la imagen. Basándose en la intensidad del contraste entre los poros vacíos y las estructuras reticulares vecinas, los investigadores pueden determinar el tipo de iones incrustados y también estimar a qué profundidad se encuentran en los poros. Estos datos se analizaron estadísticamente y se compararon con una variedad de simulaciones de estructuras cristalinas para estimar los diversos factores que influyen en la señal medida.
Un método innovador abre nuevas posibilidades para la ciencia de los materiales
Además de la investigación básica, el nuevo método también es adecuado para el desarrollo específico de nuevos materiales. «Nuestro método permite determinar con precisión la posición de los elementos dopantes, es decir, de los aditivos que controlan la función, en materiales nanoporosos como, por ejemplo, zeolitas o compuestos estructurales organometálicos», afirma Ferdinand Hofer. Esto facilita la optimización de catalizadores (de un solo átomo) y electrolitos de estado sólido en futuras baterías o el desarrollo de aplicaciones biomédicas para controlar la absorción de fármacos.
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