Desde el comienzo de la humanidad, estamos desarrollando y mejorando materiales con propiedades materiales mejores y más optimizadas. Al comprender cómo se fabrican los materiales naturales, uno debería poder imitarlos y modificarlos. Y eso es exactamente lo que hicieron Mark van Rijt y Bernette Oosterlaken (Ingeniería Química y Química), ambos desde una perspectiva diferente.

Para construir materiales con propiedades excepcionales sintonizadas, la naturaleza utiliza una gama relativamente pequeña de bloques de construcción comunes y ordinarios. Estos bloques de construcción comunes se incorporan con un alto control sobre la morfología del cristal y un control jerárquico sobre su estructura. desde la escala nanométrica hasta la escala milimétrica. Muchos de estos materiales son híbridos y están compuestos de una parte orgánica e inorgánica.

A menudo, la parte orgánica se ensambla en una estructura jerárquica definida y se mineraliza con la parte inorgánica. La interacción entre esos materiales conduce a propiedades extraordinarias. Por ejemplo, el fosfato de calcio es fuerte pero quebradizo, pero cuando se mineraliza en una matriz de colágeno, como en hueso, el material final presenta resistencia y dureza considerable.

Nueva estrategia de síntesis

Mark van Rijt investigó la incorporación de óxido de zinc (ZnO) en moldes orgánicos. De esta forma un material novedoso con, Ojalá, deberían poder obtenerse nuevas propiedades de alta gama. Sin embargo, El ZnO se forma típicamente a una temperatura a la que una plantilla orgánica no puede sobrevivir. Por eso, Se buscan métodos alternativos que incluyan la formación directa de ZnO dentro de una plantilla orgánica. Para ello, es vital que el ZnO se pueda sintetizar primero en condiciones favorables a la plantilla.

Por lo tanto, Van Rijt desarrolló una nueva estrategia de síntesis después de utilizar experimentos de muestreo de microscopía electrónica de transmisión criogénica avanzada (CryoTEM) para investigar la formación de una estrategia común de formación de ZnO en el agua en detalle a lo largo del tiempo. Después de la optimización, Esta estrategia de síntesis altamente controlada permite la formación de ZnO a temperaturas tan bajas como ~ 40 ° C y, por lo tanto, ahora puede actuar como base para la mineralización de ZnO de moldes orgánicos sensibles.

Inspiración de la naturaleza

Bernette Oosterlaken trabajó con diferentes plantillas orgánicas para estudiar la formación de un mineral diferente, magnetita. Este óxido de hierro tiene la mayor magnetización de saturación de todos los minerales naturales, conduciendo a propiedades magnéticas. Su comportamiento magnético depende en gran medida del tamaño y la forma del cristal y, como tal, controlando el hábito del cristal, su comportamiento magnético se puede ajustar.

Encontrar inspiración en la naturaleza donde se logra un alto control sobre el tamaño y la forma del cristal incluso a temperatura ambiente y en medios acuosos, Oosterlaken tenía como objetivo un control similar sobre el hábito de los cristales al proporcionar una plantilla orgánica para la formación de óxido de hierro. Después de técnicas in situ y resueltas en el tiempo, combinado con técnicas espectroscópicas, Oosterlaken logró mineralizar con éxito una de las plantillas seleccionadas, colágeno con óxidos de hierro.

La investigación de van Rijt y Oosterlaken dio una primera idea de los factores que impulsan la formación de plantillas minerales en el interior. y así un primer paso en el diseño de nuevos materiales sintéticos de base natural.