Los investigadores han establecido un enfoque para identificar la orientación de moléculas y enlaces químicos en películas delgadas híbridas orgánicas-inorgánicas cristalinas depositadas sobre sustratos utilizando espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR) y luz infrarroja polarizada con reflectancia total atenuada (ATR) impresa en 3D. unidad. Este método económico con equipo de laboratorio alcanza rápidamente el modelo de estructura cristalina de incluso películas extremadamente delgadas de menos de 10 nm.

"Cualquier problema se puede solucionar con un poco de ingenio".

Si bien es posible que no sean los autores de esta cita, El trabajo reciente de investigadores de la Universidad de la Prefectura de Osaka para comprender la orientación molecular del material híbrido de película delgada es un ejemplo concreto de su mensaje central. "Queríamos que todos tuvieran acceso a este conocimiento, "afirma el líder de la investigación, Profesor Masahide Takahashi de la OPU Graduate School of Engineering. Utilizando equipos de laboratorio con configuraciones ópticas imprimibles en 3D, su grupo de investigación ha establecido una versátil, enfoque aún altamente sensible para identificar la orientación de moléculas y enlaces químicos en una película delgada híbrida cristalina orgánica-inorgánica depositada sobre un sustrato tan pequeño como 10 nm, "película uniforme con tres capas moleculares, "dice el profesor. Su trabajo fue publicado el 18 de junio en Ciencia química .

El equipo que utilizaron fue un espectrómetro que emplea una técnica llamada espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR) y luz infrarroja polarizada con una unidad de reflectancia total atenuada (ATR) impresa en 3D originalmente diseñada. Los espectrómetros FT-IR se encuentran en la mayoría de los laboratorios en parte porque muestran qué moléculas se encuentran en una muestra, pero no han podido revelar la orientación tridimensional de estas moléculas en relación con los sustratos. Esto es importante para la fabricación de dispositivos de película delgada que pueden tener un tamaño de nanómetros, ya que un cambio imprevisto en la orientación molecular a ese nivel puede hacer que toda la estructura del dispositivo se rompa.

Convencionalmente en espectroscopia FT-IR en configuración de transmisión, la luz infrarroja penetra desde la parte superior de la muestra como un pincho. Este estrecho punto de entrada y salida no permite que la muestra interactúe lo suficiente con la luz para excitar las moléculas en sus estados químicamente unidos. "Nos dimos cuenta de que, al reorientar la muestra, Podríamos introducir luz polarizada directamente en el sustrato de la película delgada, generando una onda evanescente que calienta la muestra, excitando ciertas moléculas y traicionando su orientación, "afirma Bettina Baumgartner, un investigador visitante del equipo.

"Solo necesitábamos un nuevo tipo de interfaz de muestra, ", añade el profesor asociado Kenji Okada. Aquí es donde el equipo diseñó una nueva configuración óptica ATR que hace rebotar luz infrarroja polarizada a través de la totalidad del sustrato de muestra, lo que permite al equipo observar la vibración de todas las moléculas alineadas con el componente del campo eléctrico del luz infrarroja, revelando su orientación. Cualquier laboratorio con una impresora 3D puede realizar estas configuraciones ópticas ATR.

Este método, que el equipo utilizó para obtener la información estructural de una película delgada de estructura organometálica con un grado de orientación cristalina comparable al análisis estructural de rayos X, se espera que sea un método útil en muchas situaciones en la ciencia de los materiales, como cuando el control de la orientación está vinculado al control de las propiedades físicas, la mejora funcional de los materiales porosos utilizados para el CO ₂ capturar, y el desarrollo de nuevos catalizadores heterogéneos.