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    Mapas de tesoros moleculares para ayudar a descubrir nuevos materiales

    Cristales de uno de los materiales que se descubrió con el nuevo método, visto por un microscopio electrónico. Esta es una estructura con una capacidad de entrega de metano muy alta, haciéndolo prometedor para los vehículos propulsados ​​por gas natural. Crédito:Universidad de Southampton

    Científicos de la Universidad de Southampton que trabajan con colegas de la Universidad de Liverpool han desarrollado un nuevo método que tiene el potencial de revolucionar la forma en que buscamos, diseñar y producir nuevos materiales.

    Los investigadores utilizaron modelos informáticos sofisticados para mapear cómo las moléculas se ensamblan y cristalizan para formar nuevos materiales:cada molécula conduce a una miríada de estructuras posibles. cada uno con diferentes propiedades y posibles aplicaciones.

    Este nuevo enfoque, publicado en la revista Naturaleza , podría acelerar el descubrimiento de materiales para aplicaciones clave en energía, control de polución, productos farmacéuticos y muchos otros campos.

    "Cuando un ingeniero construye una presa o un avión, la estructura se diseña primero usando computadoras. Esto es extremadamente difícil en la escala de tamaño de moléculas o átomos, que a menudo se ensamblan de formas no intuitivas, "explica Graeme Day, profesor de modelado químico en la Universidad de Southampton. "Es difícil diseñar a escala atómica desde cero y la tasa de fallas en el descubrimiento de nuevos materiales es alta. A medida que los químicos y físicos intentan descubrir nuevos materiales, a menudo nos sentimos como exploradores sin mapas fiables ".

    Profesor Andrew Cooper, Director de la Fábrica de Innovación de Materiales de la Universidad de Liverpool, continúa:"Cada molécula tiene una superficie de energía asociada, que puedes considerar como el mapa de una isla desierta. Algunas islas contienen tesoros en forma de nuevos materiales útiles, pero la mayoría no lo hace. Hay un número casi ilimitado de moléculas que podríamos, en principio, make:este nuevo método nos dice qué islas buscar y qué buscar ".

    A diferencia de los ingenieros, Los químicos no son realmente libres para hacer cualquier estructura que deseen:están limitados a descubrir estructuras que correspondan a las posiciones optimizadas de los átomos —conocidas como mínimos locales— en una superficie de energía altamente compleja. Esta superficie solo se puede representar completamente en muchas dimensiones, por lo que no se puede conceptualizar fácilmente.

    Sin embargo, el equipo del Reino Unido ha combinado métodos que predicen cómo las moléculas formarán estructuras cristalinas, con simulaciones por computadora que predicen las propiedades de estas estructuras. El resultado son mapas codificados por colores relativamente simples que se pueden utilizar, por investigadores sin experiencia en computación, para localizar los mejores materiales para aplicaciones específicas. Por ejemplo, un investigador que intente crear un material altamente poroso para almacenar un gas en particular podría usar el mapa para identificar las mejores moléculas que optimizan esta propiedad.

    En las simulaciones destacadas en su artículo, los investigadores aplicaron este nuevo enfoque a una serie de moléculas conocidas e hipotéticas, lo que llevó al descubrimiento y síntesis de materiales con grandes capacidades de almacenamiento de metano, que tiene ramificaciones para los vehículos que funcionan con gas natural. La investigación también condujo a la síntesis del cristal molecular menos denso que jamás se haya creado, mostrando cómo se pueden utilizar los métodos computacionales para descubrir propiedades sin precedentes.


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