Descubrir una forma de aprovechar la recristalización del hielo podría permitir la fabricación de materiales altamente eficientes para una variedad de productos. incluidos electrodos porosos para baterías y películas conductoras transparentes utilizadas para fabricar pantallas táctiles y dispositivos electrónicos portátiles.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Nebraska-Lincoln y la Academia de Ciencias de China publicó hallazgos sobre la dinámica y manipulación de la recristalización del hielo en la edición del 2 de mayo de Comunicaciones de la naturaleza .

La recristalización del hielo es un proceso omnipresente en la naturaleza. Implica cultivar grandes cristales de hielo a expensas de los pequeños, conduciendo a un aumento en el tamaño medio de los cristales y una disminución en el número total de cristales.

Un grupo de investigación experimental de la institución china ha colaborado estrechamente con Xiao Cheng Zeng, Catedrático de Química de la Universidad del Canciller, e investigadores de materiales de Nebraska que investigan las propiedades del agua y el hielo desde una perspectiva computacional.

El grupo chino ahora está utilizando hielo recristalizado como plantilla para sintetizar materiales bidimensionales y tridimensionales con diferentes tamaños de poros. Junto con sus colegas de Nebraska, el equipo ha aprendido que los iones, que son moléculas cargadas eléctricamente, se puede utilizar para fabricar nuevas estructuras bidimensionales y tridimensionales en una amplia gama de otros materiales anfitriones. Estos materiales hospedantes de importancia tecnológica son adecuados para la electrónica orgánica, catálisis y bioingeniería.

"El tamaño de los poros de los materiales porosos bidimensionales y tridimensionales producidos con nuestro método se puede ajustar fácilmente, que es fundamental para aplicaciones prácticas, "dijo el líder del proyecto, Jianjun Wang, profesor del Instituto de Química de la Academia de Ciencias de China.

"El equipo teórico-experimental nos permite resolver el problema maravillosamente porque siempre que predecimos algo, pueden probarlo, ", Dijo Zeng." Entonces pueden retroalimentar algunos de los nuevos datos experimentales, permitiéndonos reconsiderar nuestro enfoque de modelado ".

La investigación de recristalización específica de iones de Wang se deriva del proyecto de criopreservación celular de su grupo. Una razón clave de la muerte celular durante la criopreservación es que los cristales de hielo grandes crecen a expensas de los pequeños durante la recristalización.

Durante un experimento, uno de los estudiantes de Wang descubrió un efecto sorprendente por casualidad. La adición de solución salina tamponada con cloruro de sodio o fosfato produjo un efecto profundo, pero no explorado previamente, sobre el tamaño del hielo recristalizado.

En experimentos posteriores, El equipo de Wang congeló rápidamente agua pura y tres soluciones salinas, luego se dejó enfriar a temperaturas más altas. Descubrieron que los iones de flúor de sodio producían los cristales de hielo más pequeños. El bromo de sodio produjo cristales más grandes. Aquellos con yodo de sodio produjeron los cristales más grandes, que superan incluso a los producidos a partir de agua pura.

El equipo de Nebraska realizó simulaciones de dinámica molecular en el Holland Computing Center y el Grupo de Nebraska para la Química Computacional para comprender mejor cómo el flúor, Los iones de yodo y bromo afectan la recristalización del hielo.

"Lo que encontramos es que el flúor no queda atrapado dentro del hielo, mientras que el yodo permite que eso suceda, y hasta cierto punto el bromo también permite que eso suceda, "Dijo Zeng." Puedes usar iones para controlar el hielo ".

Los investigadores encontraron que podían ajustar el tamaño del grano de hielo de aproximadamente 27 micrones, aproximadamente la mitad del tamaño de un cabello humano, a 277 micrones.