Los actuadores son componentes comunes de las máquinas que convierten la energía en movimiento, como los músculos del cuerpo humano, los vibradores de los teléfonos móviles o los motores eléctricos. Los materiales ideales para los actuadores necesitan buenas propiedades electroquímicas para conducir repetidamente corrientes eléctricas formadas por electrones que fluyen.
Además, los materiales de los actuadores requieren excelentes propiedades mecánicas para soportar el estrés físico asociado con el movimiento continuo. Recientemente se creó en grandes cantidades y de manera rentable platino nanoporoso (np-Pt), una matriz de platino que contiene poros diminutos para aumentar la conducción de energía, lo que convierte al np-Pt en un material actuador ideal y más práctico.
Un grupo de científicos de materiales de la Universidad Tecnológica de Hamburgo en Hamburgo, Alemania, fabricó un material de ligamento ultrafino np-Pt formado por una red aleatoria e interconectada de hebras o ligamentos de platino muy finos, tan pequeños como dos nanómetros (10 -9 m) de diámetro.
Esta red también crea pequeños poros entre las hebras, lo que mejora el movimiento de electrones o átomos cargados a través del material. Es importante destacar que el equipo utilizó un método de fabricación eficiente que redujo el costo asociado con la síntesis de un np-Pt. Al disminuir el diámetro de los hilos de Pt, aumentan tanto la relación superficie-volumen como la estabilidad mecánica del material np-Pt, mejorando el rendimiento del actuador del material.
Los investigadores publicaron su estudio en Energy Materials and Devices. .
En comparación con otros metales y materiales nanoporosos que se están investigando para su uso potencial como actuadores, el equipo descubrió que el np-Pt era físicamente más robusto y probablemente funcionaría bien como material sensor o detector frente a otros materiales nanoporosos que son demasiado frágiles.
"El fino tamaño del ligamento de np-Pt podría proporcionar una superficie mejorada que convierte al material en un prometedor... catalizador de reacciones químicas, así como un material actuador", dijo Haonan Sun, primer autor del artículo e investigador del Grupo de Investigación de Sistemas integrados de nanomateriales metálicos en la Universidad Tecnológica de Hamburgo. Como catalizador, el np-Pt aceleraría la velocidad de reacciones químicas específicas.
Lo más singular del estudio fue cómo los investigadores fabricaron el material np-Pt. "El principal avance de esta investigación es que obtuvimos np-Pt a granel mediante desaleación electroquímica. Todos los estudios anteriores sobre np-Pt se basaron en nanopartículas o películas que se prepararon utilizando partículas de Pt comerciales más caras. Por lo tanto, el método fácil y económico de desaleación aumenta la practicidad del np-Pt y hace posible futuras investigaciones", afirmó Sun.
Específicamente, la desaleación es un proceso de lixiviación o corrosión selectiva en el que un componente de una aleación, o mezcla de materiales, se elimina selectivamente del material. Antes del proceso de desaleación, el material es una mezcla uniforme. Después del proceso de lixiviación selectiva, los materiales mezclados químicamente más activos se eliminan parcialmente del material, dejando pequeños poros.
En este caso, el np-Pt se fabricó lixiviando selectivamente cobre a partir de una aleación de platino-cobre (Pt15 Cu85 ) utilizando ácido sulfúrico (H2 Entonces4 ).
Antes de este estudio, el np-Pt nunca se había fabricado en grandes cantidades. El equipo de investigación sugiere que el desempeño exitoso del np-Pt a granel sirve como modelo para el desarrollo de otros metales nanoporosos que pueden investigarse para determinar su idoneidad como posibles materiales actuadores, sensores de deformación o catalizadores de reacciones químicas.
Una vez establecido el rendimiento del material del actuador np-Pt, el equipo espera determinar los efectos del material en las reacciones químicas. "El siguiente paso de este estudio es investigar la propiedad del catalizador químico de nuestro np-Pt. Ya hemos encontrado algunos fenómenos muy interesantes con np-Pt en masa en la reacción de reducción de oxígeno que combina oxígeno e hidrógeno para formar agua... y "Me gustaría hacer una investigación más profunda al respecto", afirmó Sun.
Más información: Haonan Sun et al, Platino nanoporoso a granel para actuación electroquímica, Materiales y dispositivos energéticos (2023). DOI:10.26599/EMD.2023.9370006
Proporcionado por Tsinghua University Press
