Nanocristales: la eficacia de construir materiales con distintas funciones combinadas

¿Cómo fabricar de forma más viable materiales que reúnan distintas funciones? En los nanocristales y su combinación está la respuesta. Por primera vez, un equipo de científicos e ingenieros de la Universidad de Pensilvania y de la Universidad de Michigan han observado en tiempo real cómo dos tipos de nanopartículas se combinan para obtener nuevos materiales compuestos.

La idea es ensamblar materiales que a su vez contengan las propiedades de cada partícula, como la fotoluminiscencia, el magnetismo y la capacidad de conducir electricidad, explican en un comunicado. De lograr esta multifunción en los materiales, algún día las nuevas estructuras podrían alimentar tus dispositivos, iluminar tu hogar e incluso almacenar energía.

Sólo se sabía el resultado, sin tener claridad en los pasos: luego de mezclar las nanopartículas en un líquido, se deja secar una gota de solución hasta que se combinan para dar forma a la superestructura deseada. Para identificar los nanocristales, se deben finalmente golpear con rayos X. Cada estructura cristalina resultante dispersa los rayos X en patrones únicos.

Así se logró observar el proceso

En un estudio, recientemente publicado en Nature Synthesis, se evidencian las primeras mediciones de dispersión de rayos X de las superredes en tiempo real. El proceso se logró observar al ralentizar el ensamblaje y al emplear técnicas de dispersión de rayos X más rápidas con la ayuda del National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) en el Laboratorio Nacional de Brookhaven en Upton, Nueva York.

Para lograr que el ensamblaje fuera más lento, los especialistas mezclaron las nanopartículas en una emulsión de aceite –según explican en el comunicado– que luego colocaron en agua. La mezcla se va reduciendo a medida que el aceite se difunde en el agua, pero más lentamente que en el método tradicional, comentado anteriormente. Después de esta fase, los nanocristales expulsan lentamente lo último de aceite durante unas pocas horas.

Esta observación permitió a los científicos explorar –a través de simulaciones de modelo– cómo se forman las superredes y así entender en qué consiste el ensamblaje de materiales combinados, es decir, estructuras que ayudarán a construir dispositivos multifuncionales de última generación.

¿En qué se emplean los nanocristales?

Los nanocristales son partículas diminutas que miden menos de 100 nanómetros. Tienen disímiles aplicaciones en ramas como la medicina o la energía. Se han empleado, por ejemplo, en la fabricación de filtros que refinan el petróleo crudo en combustible diesel, en la producción de hidrógeno o en la obtención de bioetiquetas para identificar genes.

Dispuestas de forma ordenada, las nanopartículas conforman muchos materiales. Entre los tipos de nanocristales que existen están los que son biológicos, usados para la administración de medicamentos y el biosensor en el campo médico. En unos años, es probable que se tenga un mayor conocimiento sobre las superredes de nanocristales para así mejorar sus aplicaciones.

Referencia de la noticia
Marino, E., LaCour, R.A., Moore, T.C. et al. Crystallization of binary nanocrystal superlattices and the relevance of short-range attraction. Nat. Synth (2023).