La olla a presión molecular
Nuevo método para producir nanoestructuras a partir de moléculas
Investigación básica en un museo de investigación: un equipo de nanocientíficos de los laboratorios del Deutsches Museum ha desarrollado un nuevo método para producir nanoestructuras moleculares estables sobre superficies inertes. Los resultados de este trabajo se han publicado ahora en la revista científica Angewandte Chemie International Edition.
Lukas Grossmann en el laboratorio de nanotecnología del Deutsches Museum.
Deutsches Museum
Nanoestructuras en la superficie del grafito.
Deutsches Museum
Se parece un poco a un sótano de aficionados: estanterías con herramientas en la pared, mesas con aparatos extraños, tornillos, alicates, accesorios electrónicos y mecánicos, una estación de trabajo con ordenador, una torre con componentes electrónicos de diferentes épocas y, justo en el centro, el montaje experimental propiamente dicho: una construcción consistente en una cámara de vacío con varias líneas y ventanas de control y un microscopio de efecto túnel como pieza central. Aquí es donde trabajan Markus Lackinger, Jefe del Laboratorio de Nanociencias del Deutsches Museum, y su postdoctorado Lukas Grossmann.
Su campo de investigación se llama "OSS", On-Surface Synthesis: moléculas especialmente diseñadas se depositan en una superficie y luego reaccionan calentándolas en un vacío ultraalto para combinarlas y formar nanoestructuras (síntesis). "De la forma convencional, las moléculas para este tipo de procesos se aplican sobre superficies metálicas, lo que favorece la reacción, pero por desgracia también tiene desventajas tangibles", afirma Markus Lackinger.
Por ejemplo, las interacciones con el metal subyacente influyen y modifican las propiedades de las nanoestructuras resultantes, que son especialmente relevantes para las aplicaciones. Además, los metales -el oro, la plata o el cobre son los más utilizados- hacen que las nanoestructuras sean menos estables, porque no sólo facilitan la reacción de enlace deseada, sino que aceleran la descomposición de las redes y las moléculas. Las superficies metálicas también son muy susceptibles a la contaminación y la oxidación. Esto es crítico si las nanoestructuras van a utilizarse en el futuro fuera del vacío ultraalto en el que se produjeron.
Por eso, hace aproximadamente un año, Markus Lackinger y su colega Lukas Grossmann empezaron a experimentar con el grafito como sustrato para la síntesis molecular. "El grafito no tiene ningún efecto químico en nuestra reacción", explica Grossmann, "lo que significa que las nanoestructuras moleculares se crean únicamente por la influencia de la temperatura. Esto significa que la superficie del grafito no contribuye a la descomposición, lo que hace que las nanoestructuras sobre grafito sean mucho más robustas que sobre una superficie metálica." Y como las nanoestructuras sólo interactúan débilmente con el sustrato de grafito, sería más fácil investigar sus propiedades intrínsecas en el futuro y utilizarlas más adelante.
Pero no era tan sencillo sustituir el oro por grafito: "Al calentarse, faltaba una ventaja importante de los metales: que fijan fuertemente las moléculas en la superficie", explica Lackinger. "Si las moléculas estuvieran sobre el grafito, se disolverían en el aire al aumentar la temperatura". Por así decirlo, porque "aire" no es el término correcto en este caso, ya que la síntesis se realiza normalmente en el vacío.
Y ahí es precisamente donde estaba la solución al problema: "Nuestro truco es que no calentamos en el vacío, sino en una atmósfera de gases nobles", explica Markus Lackinger. "Los átomos de argón mantienen nuestras moléculas en la superficie del grafito el tiempo suficiente para que reaccionen entre sí a temperaturas más altas sin salir volando". Otro truco consistió en aumentar la temperatura unas cien veces más despacio de lo habitual. Sólo así las moléculas tienen tiempo suficiente para unirse y estabilizarse a la temperatura de reacción.
El método funciona incluso en las superficies del material milagroso grafeno. Este material bidimensional, que sólo tiene un átomo de carbono de grosor, es aún menos reactivo y resulta especialmente atractivo para la ciencia por sus exóticas propiedades: "Las nanoestructuras moleculares covalentes sobre grafeno podrían ser el punto de partida para la producción e investigación de nuevos tipos de componentes electrónicos fabricados a partir de nanoestructuras moleculares", afirma Markus Lackinger.
Con la publicación sobre la "olla a presión molecular", como Markus Lackinger denomina al calentamiento en gas noble, en la revista Angewandte Chemie International Edition, los resultados también podrían convertirse en la base de otros trabajos de investigación de otros grupos de trabajo. Sin embargo, en los laboratorios del Museo de Investigación de la Isla de los Museos de Múnich, los científicos probarán primero su método con otras moléculas.
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