Los materiales imposibles de obtener con los métodos existentes se pueden producir utilizando un sólido, disolvente de sílice nanoestructurado. Científicos del Instituto de Física Nuclear de la Academia de Ciencias de Polonia en Cracovia presentaron un enfoque innovador para la producción de sustancias con propiedades físicas y químicas únicas.

Un equipo de físicos de Cracovia (Polonia) ha logrado desarrollar un método flexible para producir sólidos, disolventes de sílice bidimensionales para producir materiales con ópticas únicas, propiedades magnéticas y estructurales. El término 'solvente sólido' significa aquí una sustancia que, cuando se sumerge en una solución de las moléculas apropiadas, los une a su superficie en proporciones estrictamente definidas y de manera definida. Este logro es el trabajo de un equipo encabezado por el Dr. Lukasz Laskowski del Instituto de Física Nuclear de la Academia Polaca de Ciencias (IFJ PAN) en Cracovia. Los resultados de los muchos años de trabajo del equipo se acaban de presentar en el Revista Internacional de Ciencias Moleculares .

Los nuevos materiales a menudo se producen depositando átomos específicos o moléculas químicas sobre un sustrato adecuado, como sílice o carbono. El problema aquí sin embargo, está controlando cómo se depositan las moléculas. La dificultad es fácil de entender con un ejemplo sencillo. Toma una pelota de goma cúbrelo con pegamento y échalo en algunas plumas. Cuando sacas la pelota encuentra que hay más plumas en algunos lugares que en otros en su superficie. La razón de esta situación es el hecho de que no hay control sobre cómo las plumas individuales se adhieren a la pelota.

"En ingeniería molecular, la situación es aún más complicada, ", dice el Dr. Laskowski y presenta el problema:" Supongamos que después de años de investigación lograste encontrar una manera de controlar la distancia entre las plumas pegadas a la pelota de goma ". ¿Qué pasaría si de repente tuviéramos que pegarnos no plumas sino, digamos, ¿Cuentas de vidrio? Probablemente tendrías que cambiar el pegamento. Cambiar el pegamento y el elemento pegado significaría que tendrían que idearse nuevos métodos para controlar la distancia entre los elementos a pegar. De nuevo, esto requeriría varios años de investigación, que no necesariamente tendría éxito ".

Los físicos de Cracovia, financiado por el Centro Nacional de Ciencias de Polonia, decidió resolver el problema descrito anteriormente de la siguiente manera. En lugar de luchar con búsquedas sucesivas de nuevos métodos para depositar uniformemente todo tipo de iones o partículas diferentes en los portadores, desarrollaron un método para recubrir un sustrato de sílice con unidades de anclaje. Aquí, cada ancla molecular está unida por un lado al sustrato, mientras que el otro lado puede capturar un ión o una molécula de un tipo específico del medio ambiente. Lo que es particularmente importante es que este método permite mantener un control estadístico sobre la densidad de distribución de los anclajes en la superficie del transportador. El problema de diseñar nuevos materiales se ha simplificado así radicalmente. En la actualidad, su punto más significativo es el desarrollo relativamente simple y rápido de un ancla con un extremo que atrae los iones o moléculas requeridos actualmente.

"En nuestro método, el papel clave del solvente sólido lo desempeñan las nanoestructuras de sílice. Los producimos en condiciones tales que cuando se forman, inmediatamente se cubren con una cuadrícula regular de unidades de anclaje con una densidad estrictamente ajustada a nuestras necesidades actuales, "explica la Dra. Magdalena Laskowska (FIP PAN).

La capacidad de controlar estadísticamente la distancia entre anclajes, que existe en la etapa de producción del solvente de sílice, permite a los científicos seleccionar con precisión la cantidad de sustancia unida a la superficie de las partículas de sílice. Al mismo tiempo, se hace posible mantener el control sobre las interacciones de las moléculas atrapadas por los anclajes e incluso sobre su orientación.

"En los procesos tradicionales de producción de nuevos materiales, Las moléculas de ciertos compuestos químicos pueden depositarse en una superficie de tal manera que cambie su estructura molecular. Entonces, las moléculas a menudo pierden sus propiedades y se vuelven virtualmente inútiles. Esto sucede cuando las moléculas se unen al sustrato mediante fragmentos que determinan sus propiedades físicas o químicas. Sin embargo, podemos tomar estas moléculas rebeldes y compactar el número de anclas en un solvente sólido de tal manera que las moléculas, después de la encuadernación, todavía tienen áreas activas y conservan su funcionalidad original, "explica el estudiante de doctorado Oleksandr Pastukh (IFJ PAN).

Cuando se sumerge un solvente de sílice adecuadamente preparado en una solución con los iones / partículas objetivo, las anclas en su superficie los capturan y atan, que conduce espontáneamente a la supuesta formación de la estructura molecular. El material recién formado ahora simplemente necesita ser filtrado, lavado con disolvente para eliminar la suciedad, y secado.

El dominio de la tecnología de producción de disolventes sólidos con distribución de anclaje controlada con precisión permitió a los investigadores de IFJ PAN revertir el proceso tradicional de diseño y síntesis de materiales. En lugar de examinar materiales ya fabricados para encontrar aplicaciones para ellos, los investigadores de Cracovia primero aprenden sobre las necesidades actuales, por ejemplo, en optoelectrónica o fotónica, luego, con esto en mente, diseñar las propiedades del material, determinar su estructura molecular, y finalmente sintetizar una sustancia con exactamente las propiedades requeridas. Durante la síntesis, A menudo, un solvente sólido juega un papel clave, con lo que es posible controlar las proporciones entre las moléculas que participan en la reacción con una precisión extraordinaria.

"Una vez que se ha producido el material, lo probamos para comparar sus propiedades físicas y químicas reales con las requeridas. Si hay discrepancias, Repetimos la síntesis con parámetros ligeramente modificados. Si eso no ayuda, hacemos ajustes en la etapa de diseño molecular, "El estudiante de doctorado Andrii Fedrochuk (IFJ PAN) lo explica con más detalle.

El método que utiliza solvente de sílice nanoestructurado es particularmente interesante debido a la posibilidad de producir materiales con características ópticas no lineales únicas, por ejemplo, con un segundo o tercer componente armónico de luz sintonizado con precisión (lo que significa que la onda de luz que sale del material ha duplicado o triplicado la frecuencia en relación con la onda incidente sobre el material). También se están abriendo aplicaciones interesantes en el campo de la medicina. Es posible desarrollar nuevos materiales que permitan a las moléculas retener sus fuertes propiedades biocidas cuando se agreguen a empastes o pinturas dentales.