La radiación gamma ayuda a comprender la formación de mesocristales
Mediante el uso de radiación gamma dirigida, los investigadores del Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces han revelado la aparición y el papel específico de las fases no cristalinas durante la formación de mesocristales, es decir, cristales formados por nanopartículas alineadas. Sus hallazgos aportan conocimientos fundamentales para el desarrollo y el diseño controlados de nuevos mesocristales.
Diferentes etapas de la formación de mesocristales
Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung / Nadja Tarakina, Diana Piankova
¿No sería práctico que los ladrillos de una casa se ensamblaran solos? Esto lleva ocurriendo en la naturaleza desde hace millones de años en forma de mesocristales. Estos fascinantes materiales combinan características nanoestructurales con la apariencia de grandes cristales porque sus partículas de tamaño nanométrico se autoorganizan en un orden monocristalino. Según este principio se han creado estructuras evolutivamente optimizadas con propiedades mecánicas extraordinarias, como el nácar, las cáscaras de huevo, las espinas de los erizos de mar y el tejido duro de nuestros huesos. El diseño de mesocristales sintéticos para diferentes aplicaciones requiere una comprensión detallada de los mecanismos que subyacen a su formación. Sin embargo, esto es complicado porque los mesocristales varían en tamaño desde unos pocos nanómetros en las primeras etapas hasta su tamaño final, que puede ser visible a simple vista. "Normalmente, se utilizan aditivos químicos para ayudar a alinear las nanopartículas. Sin embargo, ocultan las etapas iniciales de crecimiento de los mesocristales", afirma la Dra. Nadja Tarakina, jefa de grupo del Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces (MPICI).
Los investigadores del Instituto Max Planck y del KTH Royal Institute of Technology (Suecia) han sintetizado ahora mesocristales exponiendo la sal de cerio disuelta en agua a la radiación gamma. "Este sencillo montaje nos ayudó a controlar el crecimiento con mayor precisión y a minimizar el uso de productos químicos, haciendo posible la observación de las fases iniciales del proceso", afirma Diana Piankova, primera autora del estudio e investigadora de doctorado en el MPICI. Los investigadores descubrieron que las fases amorfas (que no tienen orden cristalino) se forman en las primeras etapas del crecimiento de los mesocristales y sólo entonces tiene lugar la nucleación de las partículas primarias dentro de esta matriz no cristalina. También demostraron que la matriz proporciona el confinamiento dentro del cual las partículas se alinean entre sí, formando mesocristales. Por analogía con la construcción de una casa, estas fases amorfas desempeñan el papel del cemento que une los ladrillos alineados en las paredes. Sin embargo, en el caso de los mesocristales, la matriz amorfa es también el proveedor de los iones que permiten el crecimiento de las propias partículas (ladrillos de la casa). Estos cristales construidos a partir de nanopartículas pueden seguir autoensamblándose aún más después del secado y formar supracristales visibles a simple vista. Al igual que un arquitecto puede diseñar no una sola casa, sino todo un barrio, de modo que las casas estén orientadas de una manera determinada para servir a las necesidades específicas de sus habitantes, esta arquitectura jerárquica de varios niveles de los supracristales es un concepto fascinante para el diseño de materiales en el futuro.
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