Un avance prometedor: Nanocristales hechos de amalgama
Investigadores de la ETH han conseguido producir nanocristales de dos metales diferentes mediante un proceso de amalgama en el que un metal líquido penetra en otro sólido. Esta nueva técnica, sorprendentemente intuitiva, permite producir una amplia gama de nanocristales intermetálicos con propiedades a medida para diversas aplicaciones.
Nanocristales intermetálicos (imágenes de microscopio electrónico) hechos con diferentes combinaciones de metales. La barra blanca indica 10 nanómetros.
Chemistry and Materials Design group
El proceso de producción de un nanocristal intermetálico (fila superior: esquema, fila inferior: imágenes de microscopio electrónico). A la solución que contiene nanocristales del primer material (izquierda), se añade el segundo metal ("M") en forma de amida y posteriormente se acumula como líquido sobre los nanocristales (centro). La amalgama resulta finalmente en nanocristales intermetálicos (derecha).
CMD
Los nanocristales son esferas de tamaño nanométrico formadas por átomos dispuestos regularmente. Debido a sus ventajosas propiedades, están en auge en varias tecnologías. Los nanocristales semiconductores, por ejemplo, se utilizan en las pantallas de televisión de nueva generación. Más recientemente, los llamados nanocristales intermetálicos, en los que dos metales diferentes se combinan para formar una red cristalina, se han dado a conocer porque prometen aplicaciones mejoradas y únicas. Esas aplicaciones van desde la catálisis hasta el almacenamiento de datos y la medicina.
En teoría, hay decenas de miles de combinaciones posibles de metales que podrían formar esos nanocristales, con un número correspondientemente grande de propiedades materiales diferentes. Sin embargo, hasta ahora sólo ha sido posible fabricar nanocristales a partir de unas pocas combinaciones de este tipo. Un equipo de investigadores de la ETH de Zúrich dirigido por Maksym Yarema y Vanessa Wood, del Instituto de Electrónica, ha desarrollado ahora una nueva técnica que, en principio, permite realizar casi todas las combinaciones posibles de nanocristales intermetálicos. Sus resultados se han publicado recientemente en la revista científica Science Advances.
Método sorprendentemente intuitivo
"Nuestro método es sencillo e intuitivo; tan intuitivo, de hecho, que nos sorprendió que nadie hubiera tenido esta idea antes que nosotros", dice Yarema. En los procedimientos convencionales para producir nanocristales de un solo metal, los átomos metálicos se introducen en forma molecular, por ejemplo como sales, en una solución en la que luego se forman los nanocristales. "Teóricamente, esto también puede hacerse con dos metales diferentes, pero en la práctica es difícil, o incluso imposible, combinar metales distintos en el reactor", explica Yarema. Por ello, los científicos de la ETH recurrieron a un procedimiento que se ha utilizado durante siglos: la amalgama, un tipo particular de fusión o mezcla de metales.
Metales líquidos
Las amalgamas son especialmente conocidas en la odontología, donde se utilizan como material de relleno, y también en la minería del oro. En ambos casos, se añade mercurio líquido para disolver otros metales (para los empastes dentales, una mezcla de cobre, zinc y plata). Sin embargo, la amalgama también funciona con cualquier otro metal líquido. Además del mercurio, que es líquido incluso a temperatura ambiente, hay una serie de metales con puntos de fusión relativamente bajos, como el galio (30 grados centígrados), el indio (157 grados) o el estaño (232 grados).
Enfoque de amalgama para los nanocristales
Yarema y sus colegas utilizan el enfoque de amalgama a escala nanométrica. La reacción comienza con la dispersión de nanocristales que contienen un solo metal, por ejemplo la plata. A continuación, se añaden los átomos del segundo metal -por ejemplo, el galio- en forma molecular (en este caso como amidas, un compuesto de carbono, hidrógeno y nitrógeno), mientras la mezcla se calienta a unos 300 grados.
Al principio, la alta temperatura hace que los enlaces químicos de la amida de galio se rompan, permitiendo que el galio líquido se acumule en los nanocristales de plata. Ahora comienza el proceso de amalgamación propiamente dicho, durante el cual el galio líquido se introduce en la plata sólida. Con el tiempo se forma una nueva red cristalina, en la que finalmente los átomos de plata y galio se disponen regularmente. A continuación, todo se vuelve a enfriar y, al cabo de diez minutos, los nanocristales están listos. "Nos sorprende la eficacia de la amalgama a escala nanométrica. Tener un componente metálico líquido es la clave para una aleación rápida y uniforme dentro de cada nanocristal", dice Yarema.
Proceso controlable
Utilizando la misma técnica, los investigadores ya han producido diferentes nanocristales intermetálicos, como oro-galio, cobre-galio y paladio-zinc. El propio proceso de amalgamación se puede dirigir con precisión. Mediante el número de átomos secundarios, introducidos en la solución como amidas, se puede controlar con precisión la proporción de los metales en los nanocristales. Tomando el ejemplo del oro-galio (símbolos químicos Au y Ga), los investigadores han demostrado que de este modo se pueden producir nanocristales con proporciones muy diferentes, como 1:2 (AuGa2), 1:1 (AuGa) o 7:2 (Au7Ga2). El tamaño de los nanocristales intermetálicos finales también puede predecirse con precisión a partir del tamaño de los nanocristales iniciales y del aumento de tamaño debido al segundo metal.
Nanocristales a medida para aplicaciones
Los investigadores prevén un gran potencial para las aplicaciones tecnológicas debido a la posibilidad de controlar con exactitud la composición y el tamaño de los nanocristales, junto con la posibilidad de combinar los metales casi a voluntad. "Como la síntesis de amalgama de nanocristales permite tantas composiciones nuevas, no podemos esperar a verlos en funcionamiento en la catálisis mejorada, la plasmónica o las baterías de iones de litio", dice Yarema. Los catalizadores hechos de nanocristales, por ejemplo, pueden adaptarse con precisión y optimizarse para un proceso químico concreto que se supone que deben acelerar.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la química en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de química, análisis, laboratorio y tecnología de procesos le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
