Las nanopartículas salvan edificios históricos
Un equipo de investigación del DESY estudia nanocristales para aumentar la resistencia de la piedra arenisca
Muchos edificios históricos se construyeron con piedra arenisca, como la Catedral de San Esteban de Viena. La arenisca es fácil de trabajar, pero no resiste bien la intemperie. Se compone de granos de arena que están relativamente poco unidos entre sí, por lo que algunas partes de la piedra se van desmoronando con el paso de los años, lo que a menudo requiere costosas restauraciones.
La catedral de San Esteban de Viena está claramente expuesta a la intemperie.
Archiv der Dombauhütte St. Stephan
Sin embargo, es posible aumentar la resistencia de la piedra tratándola con nanopartículas especiales de silicato. El método ya se utiliza, pero hasta ahora no estaba claro qué ocurre exactamente en el proceso ni qué nanopartículas son las más adecuadas para este fin. Un equipo de investigación de la Universidad Tecnológica de Viena (TU) y de la Universidad de Oslo ha podido ahora aclarar exactamente cómo tiene lugar este proceso de endurecimiento artificial mediante elaborados experimentos en la fuente de luz de rayos X PETRA III de DESY y exámenes microscópicos en Viena, y determinar así qué nanopartículas son las más adecuadas para este fin. Los resultados se han publicado en la revista científica "Langmuir".
"Se utiliza una suspensión, es decir, un líquido, en el que las nanopartículas flotan inicialmente de forma libre", explica el director de la investigación, Markus Valtiner, de la Universidad Técnica de Viena. "Cuando esta suspensión entra en la roca, la parte acuosa se evapora, las nanopartículas forman puentes estables entre los granos de arena y dan a la roca una estabilidad adicional".
Este método ya se utiliza en la tecnología de la restauración, pero hasta ahora no se sabía exactamente qué procesos físicos tienen lugar. Cuando el agua se evapora, se produce un tipo de cristalización muy especial: normalmente, un cristal es una disposición regular de átomos individuales. Pero no sólo los átomos, sino también las nanopartículas enteras pueden organizarse en una estructura regular, lo que se denomina "cristal coloidal".
Las nanopartículas de silicato se unen para formar esos cristales coloidales cuando se secan en la roca, creando así conjuntamente nuevas conexiones entre los granos de arena individuales. Esto aumenta la resistencia de la arenisca. Para observar con precisión este proceso de cristalización, el equipo de investigación de la Universidad Técnica de Viena utilizó los brillantes rayos X de PETRA III, con los que analizaron la cristalización durante el proceso de secado en la estación de medición P21.2.
"Esto era muy importante para entender exactamente de qué depende la fuerza de los enlaces que se forman", dice la autora principal, Joanna Dziadkowiec, de la Universidad de Oslo y la TU Wien. "Utilizamos nanopartículas de diferentes tamaños y concentraciones y estudiamos el proceso de cristalización con análisis de rayos X". Se demostró que el tamaño de las partículas es crucial para una resistencia óptima.
Para ello, la UT de Viena también midió la fuerza de adhesión creada por los cristales coloidales. Para ello, se utilizó un microscopio de interferencia propio, especializado en la medición de pequeñas fuerzas entre dos superficies. "Fuimos capaces de mostrar: Cuanto más pequeñas son las nanopartículas, más refuerzan la cohesión entre los granos de arena", afirma Joanna Dziadkowiec. "Si se utilizan partículas más pequeñas, se crean más sitios de unión en el cristal coloidal entre dos granos de arena y, por tanto, la fuerza con la que mantienen unidos los granos de arena aumenta con el número de partículas implicadas".
También es importante el número de partículas presentes en la emulsión. "Dependiendo de la concentración de las partículas, el proceso de cristalización procede de forma ligeramente diferente, lo que influye en la forma detallada de los cristales coloidales", afirma Markus Valtiner. Los nuevos descubrimientos se utilizarán ahora para que las labores de restauración sean más duraderas y específicas.
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 Alemán se puede encontrar aquí.
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