Los científicos de la Universidad de Bristol tienen, por primera vez, observó la formación de un gel cristalino con resolución a nivel de partículas, permitiéndoles estudiar las condiciones por las que se forman estos nuevos materiales.

El estudio mostró que el mecanismo de crecimiento de los cristales sigue las mismas estrategias mediante las cuales los cristales de hielo crecen en las nubes. una analogía que podría mejorar nuestra comprensión de estos procesos fundamentales

Además, Este novedoso mecanismo permitió al equipo de investigación formar espontáneamente cristales nanoporosos con forma de esponja en un proceso continuo.

Pueden obtenerse cristales nanoporosos de metales y semiconductores sin desalear, que puede ser importante para catalítico, óptico, sintiendo y aplicaciones de filtración.

El trabajo es una colaboración entre la Universidad de Tokio (donde se realizaron los experimentos), Bristol y el Instituto Lumiere Matiere en Lyon, Francia.

Los hallazgos se publican hoy en la revista, Materiales de la naturaleza .

Dr. John Russo, de la Escuela de Matemáticas de la Universidad de Bristol y coautor del artículo de investigación, dijo:“En particular, observamos algunos nuevos mecanismos de formación.

"Descubrimos que para obtener estas estructuras de gel de cristal, la estructura del gel original debe someterse a una reorganización estructural, en el que los enlaces entre las partículas coloidales se rompen para liberar el estrés interno que se acumuló durante el rápido crecimiento del gel, un proceso llamado envejecimiento impulsado por el estrés.

"Después de este, observamos que la forma en que cristalizan las ramas del gel recuerda el proceso por el cual las gotas de agua cristalizan en las nubes. Luego pudimos observar procesos que promueven la cristalización a través de una fase gaseosa intermedia.

"Esta es la primera vez que estos procesos fundamentales se observan con una resolución a nivel de partículas, lo que nos da una visión sin precedentes sobre cómo ocurre el proceso ".

El artículo informa sobre experimentos sobre una fase de la materia fuera de equilibrio que se obtiene mezclando partículas coloidales de tamaño micrométrico, con cadenas poliméricas cortas en un buen disolvente.

El papel de los polímeros es inducir una atracción efectiva entre las partículas coloidales, debido a un efecto físico llamado agotamiento, cuyo origen es puramente entrópico.

Al comienzo del experimento, Las partículas coloidales se repelen entre sí debido a la repulsión electrostática. Para inducir la atracción de agotamiento entre coloides, la muestra se pone en contacto con una solución salina a través de una membrana semipermeable.

A medida que la sal se difunde a través de la membrana semipermeable, filtra la repulsión electrostática entre las partículas coloidales, que luego comienzan a agregarse.

Todo el proceso de agregación se observa con un microscopio confocal, que realiza escaneos rápidos de la muestra a diferentes alturas, para que los investigadores puedan reconstruir las coordenadas de las partículas coloidales con análisis de imágenes, y estudiar cómo se mueven estas partículas en el transcurso de varias horas.

Si la concentración de polímero es alta, el sistema formará un gel, un estado desordenado en el que las partículas coloidales se agregan para formar ramas interconectadas que abarcan todo el sistema, y que le dan rigidez a la estructura.

El Dr. Russo añadió:"Lo que hemos demostrado, en lugar de, es que si ajustamos la concentración de polímero al valor correcto (junto a lo que se llama un punto crítico), el sistema no formará un tipo diferente de gel, en el que las partículas coloidales cristalizan en toda la estructura del gel, dando origen a un material poroso formado por ramas cristalinas ".