Ya sea en materiales innovadores de alta tecnología, chips de computadora más potentes, productos farmacéuticos o en el campo de las energías renovables, Las nanopartículas forman la base de una amplia gama de nuevos desarrollos tecnológicos. Debido a las leyes de la mecánica cuántica, tales partículas que miden solo unas millonésimas de milímetro pueden comportarse de manera completamente diferente en términos de conductividad, óptica o robustez que el mismo material en una escala macroscópica. Además, Las nanopartículas o nanoclusters tienen un área superficial catalíticamente efectiva muy grande en comparación con su volumen. Para muchas aplicaciones, esto permite ahorrar material manteniendo el mismo rendimiento.

Investigadores del Instituto de Física Experimental (IEP) de la Universidad Tecnológica de Graz han desarrollado un método para ensamblar nanomateriales según se desee. Permiten que gotitas de helio superfluido de una temperatura interna de 0,4 Kelvin (es decir, menos 273 grados Celsius) vuelen a través de una cámara de vacío e introduzcan selectivamente átomos o moléculas individuales en estas gotitas. "Allí, se fusionan en un nuevo agregado y se pueden depositar en diferentes sustratos, "explica el físico experimental Wolfgang Ernst de TU Graz. Ha estado trabajando en esta llamada síntesis de gotas de helio durante veinticinco años, lo ha desarrollado sucesivamente durante este tiempo, y ha producido una investigación continua al más alto nivel internacional, realizado principalmente en "Cluster Lab 3, "que se ha creado específicamente para este propósito en el IEP.

Refuerzo de las propiedades catalíticas.

En Nano investigación , Ernst y su equipo informan ahora sobre la formación dirigida de los llamados cúmulos de núcleo y capa utilizando la síntesis de gotas de helio. Los grupos tienen un núcleo de plata de 3 nanómetros y una capa de óxido de zinc de 1,5 nanómetros de espesor. El óxido de zinc es un semiconductor que se utiliza, por ejemplo, en detectores de radiación para medir la radiación electromagnética o en fotocatalizadores para descomponer contaminantes orgánicos. Lo especial de la combinación de materiales es que el núcleo de plata proporciona una resonancia plasmónica, es decir, absorbe la luz y, por lo tanto, provoca una gran amplificación del campo de luz. Esto pone a los electrones en un estado excitado en el óxido de zinc circundante, formando así pares de electrones-huecos:pequeñas porciones de energía que se pueden usar en otros lugares para reacciones químicas, como los procesos de catálisis directamente en la superficie del clúster. "La combinación de las dos propiedades del material aumenta enormemente la eficiencia de los fotocatalizadores. Además, Sería concebible utilizar un material de este tipo en la división del agua para la producción de hidrógeno, "dice Ernst, nombrar un campo de aplicación.

Nanopartículas para sensores láser y magnéticos

Además de la combinación de óxido de plata y zinc, los investigadores produjeron otros grupos interesantes de núcleo y capa con un núcleo magnético de los elementos hierro, cobalto o níquel y una concha de oro. El oro también tiene un efecto plasmónico y también protege el núcleo magnético de la oxidación no deseada. Estos nanoclusters pueden ser influenciados y controlados tanto por láseres como por campos magnéticos externos y son adecuados para tecnologías de sensores. por ejemplo. Para estas combinaciones de materiales, Las medidas de estabilidad dependientes de la temperatura y los cálculos teóricos se han realizado en colaboración con el grupo teórico del IEP liderado por Andreas Hauser y el equipo de Maria Pilar de Lara Castells (Instituto de Física Fundamental del CSIC, CSIC, Madrid) y puede explicar el comportamiento en las transiciones de fase, como la formación de aleaciones que se desvían de las muestras de material macroscópico. Los resultados fueron publicados en el Revista de química física .

Ernst ahora espera que los hallazgos de los experimentos se transfieran rápidamente a nuevos catalizadores "lo antes posible".