Al igual que los átomos de carbono en hojas de grafeno, Las nanopartículas pueden formar capas estables con espesores mínimos del diámetro de una sola nanopartícula. En el Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia en Varsovia se ha desarrollado un método novedoso para unir nanopartículas en películas tan extremadamente delgadas.

El sastre químico corta su abrigo según ... sus nanopartículas

Los éxitos de adaptación hasta la fecha de los investigadores que sintetizan capas de nanopartículas no serían adecuados para organizar ni siquiera el más modesto de los desfiles de moda química. Las nanopartículas se pueden organizar en espesores de capa de una sola partícula, es decir, monocapas, pero estas estructuras no eran estables porque no era posible unir nanopartículas de manera estable en monocapas hasta ahora.

"En años recientes, Nuestro grupo del Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia en Varsovia ha estado trabajando en el desarrollo de una plataforma universal para la síntesis de monocapas estables de nanopartículas. Hoy dia, tenemos pruebas de que nuestro método 'a medida' de unir químicamente nanopartículas en monocapas realmente funciona, "dice el Dr. Marcin Fialkowski, profesor en IPC PAS, y demuestra un pequeño, capa, depositado en un plato, con el menor espesor posible, igual al diámetro de una sola nanopartícula de oro.

Las monocapas de nanopartículas de oro cosidas químicamente producidas en el IPC PAS tienen áreas de superficie del orden de milímetros cuadrados, y por razones obvias, son muy delicados. Mecánicamente, se asemejan a placas acrílicas, cuando se someten a fuerzas, inicialmente se deforman elásticamente, después de lo cual de repente se agrietan.

"Nuestras monocapas no son grandes, porque solo queríamos demostrar la veracidad del concepto de su síntesis. Nada se interpone en la producción de monocapas de la forma que proponemos con áreas de muchos centímetros cuadrados, "dice el profesor Fialkowski.

Las capas de nanopartículas se han producido durante años en la interfaz entre dos líquidos inmiscibles. Cuando se introduce en un líquido más pesado, sobre agitación mecánica, De él fluyen nanopartículas debidamente preparadas y se distribuyen aleatoriamente en el borde con el líquido más ligero. El orden se puede establecer comprimiendo las nanopartículas con pistones desde el lateral y compactándolas así. Hasta ahora, las monocapas producidas de esta manera no eran duraderas y, al intentar eliminarlas de la interfaz, simplemente se desmoronaban. Sucesivamente, estructuras unidas químicamente, capaz de sobrevivir a la separación de la interfaz, siempre resultaron ser multicapas o compuestos amorfos de nanopartículas.

"Nuestras monocapas son estables porque hemos vinculado las nanopartículas con grapas especiales, 'o moléculas enlazadoras. Cada enlazador une dos nanopartículas adyacentes mediante fuertes enlaces covalentes, es decir, químicamente ", explica el Dr. Tomasz Andryszewski (IPC PAS), autor principal de la publicación en la revista Química de Materiales .

Las nanopartículas de oro utilizadas en los experimentos del IPC PAS tienen un diámetro de aproximadamente cinco nanómetros (mil millonésimas de metro); la longitud de los enlazadores utilizados es de solo uno y medio. Para que un enlazador tan corto se una a nanopartículas adyacentes, estos tienen que ser desplazados apropiadamente uno hacia el otro.

"La principal dificultad en nuestro trabajo radica en el hecho de que tuvimos que conciliar dos requisitos que en principio eran opuestos. Debido a la longitud del enlazador, sabíamos que las nanopartículas deberían juntarse para estar a una pequeña distancia, lo que significa que tendrían que estar sujetos a fuerzas relativamente grandes. Por lo tanto, no queríamos que las nanopartículas salieran de la interfaz. Al mismo tiempo, teníamos que evitar de alguna manera que las nanopartículas se pegaran juntas en estructuras aleatorias, "dice el Dr. Andryszewski.

Para cumplir con estas condiciones, las nanopartículas se recubrieron con pequeñas, moléculas especialmente diseñadas (ligandos), que por un lado contenía grupos amina (con nitrógeno e hidrógeno), y por otro, grupos tiol (con azufre e hidrógeno). Las partes de tiol combinadas con el oro, mientras que las partes amino se ubicaron en el exterior de las nanopartículas y les dieron una carga eléctrica positiva.

"Las nanopartículas de oro modificadas actúan como boyas con un gran desplazamiento. Se ubican en el límite entre los líquidos de manera tan duradera que ni siquiera una fuerte agitación puede expulsarlas. Al mismo tiempo, se repelen electrostáticamente. Como resultado, cada nanopartícula tiene garantizado un 'espacio privado' a su alrededor, necesario para la preservación del orden, "explica la estudiante de doctorado Michalina Iwan (IPC PAS).

Cuando las nanopartículas debidamente preparadas ya se habían comprimido en monocapas en la interfaz, se inyectó una sustancia de enlace en el sistema. La reacción de reticulación, que recuerda al grapado automático, tuvo lugar a temperatura ambiente y a presión normal, sin necesidad de iniciadores o catalizadores. Después de la anastomosis química, la monocapa podría eliminarse de la interfaz entre los líquidos, secado, e incluso sometido a la acción de fuertes disolventes.

Las propiedades físicas de las monocapas derivadas usando química personalizada se pueden modificar seleccionando enlazadores apropiados. Más extenso, los enlazadores poliméricos permitirían la formación de monocapas con mayor elasticidad. Usando enlazadores conductores de corriente, a su vez, sería posible producir monocapas con propiedades optoelectrónicas determinadas específicamente. El uso de otros enlazadores más podría resultar en monocapas que exhiban un efecto piezorresistivo, es decir, cambiar su conductividad eléctrica bajo la influencia de deformaciones mecánicas. El nuevo método de síntesis también es importante para la investigación básica; en el futuro, permitirá la investigación directa de cosas como las propiedades mecánicas de nanopartículas individuales.