Los científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. Han comenzado a utilizar "plantillas" moleculares para allanar el camino hacia nuevos materiales que podrían encontrar su camino hacia las generaciones futuras de células solares. catalizadores y cristales fotónicos.

Investigadores del Centro de Argonne para la División de Sistemas de Energía y Materiales a Nanoescala han desarrollado una técnica conocida como síntesis de infiltración secuencial (SIS), que se basa en la creación de dominios químicos a nanoescala autoensamblados en los que se pueden cultivar otros materiales. En esta técnica, una película compuesta de moléculas grandes llamadas copolímeros de bloque actúa como plantilla para la creación de un material modelado altamente sintonizable.

Este nuevo método representa una extensión de la deposición de la capa atómica (ALD), una técnica popular para la síntesis de materiales que los científicos de Argonne utilizan habitualmente. En lugar de simplemente colocar películas bidimensionales de diferentes nanomateriales una encima de la otra, sin embargo, SIS permite a los científicos construir materiales que tienen geometrías mucho más complejas.

“Esta nueva técnica nos permite crear materiales que simplemente no eran posibles con ALD o copolímeros de bloque solos, "Dijo Seth Darling, un nanocientífico de Argonne que ayudó a desarrollar SIS en colaboración con el químico de Argonne Jeff Elam. "Tener la capacidad de controlar la geometría del material que estamos haciendo, así como su composición química, abre la puerta a todo un universo de nuevos materiales".

Según Darling, el éxito de la técnica se basa en la química única de los copolímeros de bloque. Cada copolímero de bloques está compuesto por dos subunidades químicamente distintas; por ejemplo, una subunidad puede tener afinidad por el agua mientras que la otra puede repeler el agua. En cuyo caso, me gustaría buscar como, creando una matriz heterogénea de regiones homogéneas intercaladas.

“Puede pensar en un copolímero de bloque como un par de gemelos siameses moleculares donde a uno le gusta hablar y al otro le gusta leer en silencio, Dijo Darling. "Si pones a un grupo de estos gemelos juntos en una habitación, los conversadores van a tratar de estar cerca de los conversadores y los lectores van a tratar de estar cerca de los lectores, pero no pueden simplemente separarse a ambos lados de la habitación, y es esta acción la que nos da las geometrías que estamos buscando ".

Dependiendo del sustrato inicial, los copolímeros de bloque, y el procesamiento que utilizan los científicos de materiales, se pueden formar regiones que tienen muchas formas diferentes, de esférico a cilíndrico a plano. Si bien existen muchos tipos de copolímeros de bloque, en general, no pueden servir para una gama tan amplia de propósitos como los materiales inorgánicos. El reto, según Darling, consiste en unir el autoensamblaje de los copolímeros de bloque con la funcionalidad de los materiales inorgánicos.

Las propiedades físicas y químicas de un material generado mediante SIS dependen de cómo interactúan la química y la morfología de los copolímeros de bloque con la química de las técnicas de ALD. “Podemos adaptar nuestros esfuerzos de síntesis de materiales de una manera mucho más precisa que nunca antes, Dijo Darling.

Darling y Elam han pasado la mayor parte de sus carreras en Argonne enfocadas en el desarrollo de nuevos tipos de materiales, incluido el desarrollo de células solares que combinan componentes orgánicos e inorgánicos. Creen que los tipos de materiales que puede generar SIS impulsarán las tecnologías de energía solar fundamentales a una mayor eficiencia y menor costo.

“Nuestro futuro de energía solar no tiene una solución única para todos, —Dijo Elam. “Necesitamos investigar el problema desde muchos ángulos diferentes con muchos materiales diferentes, y el SIS brindará a los investigadores como nosotros muchas nuevas rutas de ataque ".