Desarrollo de un nuevo enfoque de los nanomateriales

Durante este proceso, el equipo descubrió un fenómeno intrigante

26.09.2023

Prof. Dr. Felix Schacher de la Universidad de Jena.

Anne Günther/Uni Jena

Científicos de la Universidad Friedrich Schiller de Jena y de la Universidad Friedrich Alexander de Erlangen-Nuremberg, ambas en Alemania, han desarrollado con éxito nanomateriales utilizando un método ascendente. Según publican en la revista científica ACS Nano, aprovechan el hecho de que los cristales suelen crecer en una dirección específica durante la cristalización. Estas nanoestructuras resultantes, que aparecen como "varillas decoradas y en forma de gusano", podrían utilizarse en diversas aplicaciones tecnológicas.

"Nuestras estructuras podrían describirse como varillas en forma de gusano con decoraciones", explica el profesor Felix Schacher. "Incrustadas en estas varillas hay nanopartículas esféricas; en nuestro caso, se trata de sílice. Sin embargo, en lugar de sílice, también podrían utilizarse nanopartículas conductoras o semiconductores, o incluso mezclas, que pueden distribuirse selectivamente en los nanocristales mediante nuestro método", añade. Por consiguiente, el abanico de posibles aplicaciones en ciencia y tecnología es muy amplio y abarca desde el tratamiento de la información hasta la catálisis".

Comprender y controlar el proceso de formación

"El objetivo principal de este trabajo era comprender el método de preparación como tal", explica el químico. Para producir nanoestructuras, explica, hay dos enfoques diferentes: las partículas más grandes se trituran hasta alcanzar un tamaño nanométrico o las estructuras se construyen a partir de componentes más pequeños. "Queríamos entender y controlar este proceso de construcción", explica Schacher. Para ello, el equipo utilizó partículas individuales de dióxido de silicio, conocidas como sílice, e injertó moléculas poliméricas en forma de cadena como una especie de caparazón.

Crecimiento direccional de los cristales

"Uno podría imaginárselo como pelos en una esfera", explica el científico. Y añade: "Estos pelos están hechos de un material llamado 'poli-(isopropil-oxazolina)'. Esta sustancia cristaliza cuando se calienta. Y ésa es la idea de nuestro método: los cristales casi nunca crecen en todas las direcciones simultáneamente, sino que prefieren una dirección concreta. Es lo que se conoce como anisotropía. Así, pudimos hacer crecer nuestras nanoestructuras deliberadamente".

Durante este proceso, el equipo descubrió un fenómeno intrigante. "Para que el polímero cristalice, se necesitan cantidades minúsculas que no estén unidas a la superficie de una partícula, sino que estén presentes libremente en la solución de reacción, actuando como una especie de pegamento. Descubrimos que las cantidades necesarias son tan pequeñas que apenas se detectan. Pero son necesarias", añade.

Gran colaboración

Schacher está especialmente entusiasmado con la colaboración única que ha hecho posible esta investigación. "Sin la excelente cooperación con el profesor Michael Engel, de la Universidad de Erlangen, este trabajo no habría sido posible", subraya el científico de Jena. "Con la ayuda de simulaciones por ordenador que representaban el comportamiento a múltiples escalas, fuimos capaces de resolver intrincadamente los complejos procesos moleculares subyacentes a la formación de las nanoestructuras. Fue un reto apasionante", añade Engel.

Ambos científicos concluyen: "Tuvimos la oportunidad de participar juntos en un programa del Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) de la Universidad de California en Santa Bárbara a principios de este año. Durante este taller, escribimos conjuntamente este manuscrito. Por supuesto, los experimentos subyacentes se habían realizado con anterioridad, en parte en el marco del centro de investigación colaborativa TRR 234 "CataLight", financiado por la Fundación Alemana de Investigación. Pero la atmósfera inspiradora del taller nos dio el impulso necesario para completar el trabajo."

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Publicación original

Afshin Nabiyan, Aswathy Muttathukattil, Federico Tomazic, David Pretzel, Ulrich S. Schubert, Michael Engel, Felix H. Schacher; "Self-Assembly of Core–Shell Hybrid Nanoparticles by Directional Crystallization of Grafted Polymers"; ACS Nano, 2023-9-18

https://www.quimica.es/noticias/1181641/desarrollo-de-un-nuevo-enfoque-de-los-nanomateriales.html