Después de seis años de arduo esfuerzo, un grupo de científicos de materiales de la Universidad de Wisconsin-Madison cree que su avance en el cultivo de pequeñas láminas de óxido de zinc podría tener enormes implicaciones para el futuro de la fabricación de nanomateriales y, a su vez, en una gran cantidad de dispositivos electrónicos y biomédicos.

El grupo, dirigido por Xudong Wang, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en UW-Madison, e investigador postdoctoral Fei Wang, ha desarrollado una técnica novedosa para sintetizar nanoláminas bidimensionales a partir de compuestos que no forman naturalmente los materiales de espesor de capa atómica. Es la primera vez que una técnica de este tipo tiene éxito, y los investigadores describieron sus hallazgos 20, Enero, 2016, en el diario Comunicaciones de la naturaleza .

Esencialmente el equivalente microscópico de una sola hoja de papel, una nanohoja 2D es un material que está limitado a unas pocas capas atómicas en una dirección. Los nanomateriales, materiales que están restringidos en al menos una dimensión a un máximo de un puñado de capas atómicas, tienen propiedades físicas únicas que alteran sus propiedades químicas y electrónicas en relación con su composición idéntica pero convencional, y más grande, contrapartes materiales. "Lo bueno de un nanomaterial 2D es que, como es una hoja, para nosotros es mucho más fácil de manipular en comparación con otros tipos de nanomateriales, "dice Xudong Wang.

Hasta ahora, Los científicos de materiales se limitaron a trabajar con nanohojas 2D de origen natural. Estas estructuras 2D naturales incluyen grafeno, una sola capa de grafito, y un número limitado de otros compuestos. Desarrollar un método confiable para sintetizar y fabricar nanohojas 2D a partir de otros materiales ha sido un objetivo de los investigadores de materiales y la industria de la nanotecnología durante años.

En su técnica, El equipo de UW-Madison aplicó un tensioactivo especialmente formulado, una sustancia similar a un detergente, sobre la superficie de un líquido que contiene iones de zinc. Debido a sus propiedades químicas, el tensioactivo se ensambla en una sola capa en la superficie del líquido, con iones sulfato cargados negativamente apuntando en la dirección del líquido. Esos iones de sulfato atraen los iones de zinc cargados positivamente desde el interior del líquido a la superficie, y en un par de horas se extraen suficientes iones de zinc para formar nanoláminas continuas de óxido de zinc de solo unas pocas capas atómicas de espesor.

Xudong Wang tuvo por primera vez la idea de utilizar un tensioactivo para hacer crecer nanohojas durante una conferencia que estaba dando en un curso sobre nanotecnología en 2009.

"El curso incluye una charla sobre el autoensamblaje de monocapas, ", dice Xudong Wang." En las condiciones adecuadas, un tensioactivo se autoensamblará para formar una monocapa. Este es un proceso bien conocido que enseño en clase. Entonces, mientras enseñaba esto, me preguntaba por qué no podríamos revertir este método y usar la monocapa de surfactante primero para hacer crecer la cara cristalina ".

Después de cinco años de prueba y error con diferentes soluciones tensioactivas, la idea finalmente dio sus frutos hace aproximadamente un año.

"Estamos muy entusiasmados con esto, ", dice Xudong Wang." Definitivamente, esta es una nueva forma de fabricar nanohojas 2D, y tiene un gran potencial para diferentes materiales y para muchas aplicaciones diferentes ".

Los investigadores ya han descubierto que las nanohojas de óxido de zinc 2D que han desarrollado pueden funcionar como transistores semiconductores de tipo p, que es el comportamiento electrónico opuesto al óxido de zinc natural. Los investigadores han intentado durante algún tiempo producir óxido de zinc con propiedades de semiconductores de tipo p confiables.

El óxido de zinc es un componente muy útil de los materiales electrónicos, y las nuevas nanohojas tienen potencial para su uso en sensores, transductores y optoelectrónicos.

Pero las nanohojas de óxido de zinc son solo las primeras de lo que podría ser una revolución en los nanomateriales 2D. Ya, el equipo de UW-Madison está aplicando su método de surfactante para cultivar nanoláminas 2D de oro y paladio, y la técnica es prometedora para el cultivo de nanohojas de todo tipo de metales que no las formarían de forma natural.

"Aporta una gran cantidad de material funcional nuevo a esta categoría de material 2D, "Dice Xudong Wang.