Aventuras en nanotecnología: cultivo de un copo de nieve metálico de nanopartículas

Los científicos que trabajan a nivel atómico manipulan los metales y abren la posibilidad de crear nuevos materiales.

13.12.2022 - Nueva Zelanda

Científicos de Nueva Zelanda y Australia que trabajan a nivel de átomos han creado algo inesperado: diminutos copos de nieve metálicos. ¿Por qué es importante? Las estructuras a nanoescala (un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro) pueden contribuir a la fabricación electrónica, hacer los materiales más resistentes y ligeros o ayudar a la limpieza del medio ambiente uniéndose a las toxinas.

Para crear nanocristales metálicos, científicos neozelandeses y australianos han experimentado con el galio, un metal blando y plateado que se utiliza en semiconductores y que, excepcionalmente, se licua justo por encima de la temperatura ambiente. Sus resultados acaban de publicarse en la revista Science.

El profesor Nicola Gaston y la investigadora Steph Lambie, ambos de Waipapa Taumata Rau (Universidad de Auckland), y la doctora Krista Steenbergen, de Te Herenga Waka (Universidad Victoria de Wellington), colaboraron con colegas australianos dirigidos por el profesor Kourosh Kalantar-Zadeh, de la Universidad de Nueva Gales del Sur.

El equipo australiano trabajó en el laboratorio con níquel, cobre, zinc, estaño, platino, bismuto, plata y aluminio, haciendo crecer cristales metálicos en un disolvente líquido de galio. Los metales se disolvieron en galio a altas temperaturas. Una vez enfriados, los cristales metálicos emergieron mientras el galio permanecía líquido. El equipo neozelandés, que forma parte del Instituto MacDiarmid de Materiales Avanzados y Nanotecnología, un centro nacional de investigación de excelencia, realizó simulaciones de dinámica molecular para explicar por qué surgen cristales de formas diferentes a partir de metales distintos. (El Fondo Marsden del gobierno apoyó la investigación).

"Lo que estamos aprendiendo es que la estructura del galio líquido es muy importante", dice Gaston. "Eso es novedoso porque normalmente pensamos que los líquidos carecen de estructura o que sólo están estructurados al azar". Los científicos demostraron que las interacciones entre las estructuras atomísticas de los distintos metales y el galio líquido provocan la aparición de cristales de formas diferentes.

Los cristales incluían cubos, varillas, placas hexagonales y las formas de los copos de nieve de zinc. La simetría de seis ramas del zinc, en la que cada átomo está rodeado por seis vecinos a distancias equivalentes, explica el diseño en copo de nieve. "A diferencia de los métodos descendentes de formación de nanoestructuras, que consisten en cortar el material, este método ascendente se basa en el autoensamblaje de los átomos", explica Gaston. "Así es como la naturaleza fabrica nanopartículas, y es a la vez menos derrochador y mucho más preciso que los métodos descendentes". Según ella, la investigación ha abierto una vía nueva e inexplorada para las nanoestructuras metálicas. "Además, crear un copo de nieve metálico es algo genial".

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