La decoración con nanopartículas crea intrincados patrones de superficie llenos de rincones y grietas, giros y vueltas que mejoran enormemente la superficie. Crédito:Laboratorio de nanocaracterización de Stanford
Como una actriz principal en la alfombra roja nanocables, esas superestrellas de la nanotecnología, se pueden mejorar con un poco de joyería, también. No la variedad de diamantes y perlas, sino del tipo formado por cadenas sinuosas de óxido metálico o nanopartículas de metales nobles.
Aunque la ciencia sabe desde hace algún tiempo que tal ornamentación puede aumentar en gran medida el área de la superficie y alterar la química de la superficie de los nanocables, Los ingenieros de la Universidad de Stanford han descubierto un método novedoso y más eficaz de "decorar" nanocables que es más sencillo y rápido que las técnicas anteriores. Los resultados de su estudio se publicaron recientemente en la revista Nano letras .
El desarrollo, dicen los investigadores, algún día podría conducir a mejores baterías de iones de litio, células solares de película delgada más eficientes y catalizadores mejorados que producen nuevos combustibles sintéticos.
Estructuras en forma de árbol
"Puedes pensar en él como un árbol. Los nanocables son el tronco, muy bueno transportando electrones, como la savia, pero limitado en superficie, "explicó Xiaolin Zheng, profesor asistente de ingeniería mecánica y autor principal del estudio. "Las decoraciones de nanopartículas añadidas, como los llamamos, son como las ramas y las hojas, que se abren en abanico y aumentan considerablemente la superficie ".
A nanoescala, El área de superficie es muy importante en aplicaciones de ingeniería como células solares, baterías y, especialmente catalizadores, donde la actividad catalítica depende de la disponibilidad de sitios activos en la superficie del material.
"Una mayor superficie significa una mayor oportunidad de reacciones y, por lo tanto, mejores capacidades catalíticas en, por ejemplo, sistemas de división de agua que producen combustible de hidrógeno de combustión limpia a partir de la luz solar, "dijo Yunzhe Feng, asistente de investigación en el laboratorio de Zheng y primer autor del estudio.
Otras aplicaciones, como la detección de pequeñas concentraciones de productos químicos en el aire, de toxinas o explosivos, por ejemplo, también podría beneficiarse de la mayor probabilidad de detección que es posible gracias al aumento de la superficie.
El profesor Xiaolin Zheng de Stanford ha descubierto una nueva forma de "decorar" nanocables con recubrimientos de nanopartículas metálicas que mejoran enormemente el área de superficie. Los nanocables decorados parecen diminutos limpiapipas. Crédito:Laboratorio de nanocaracterización de Stanford
Una chispa de una idea
La clave del descubrimiento del equipo de Stanford fue una llama. Los ingenieros sabían desde hacía mucho tiempo que las nanopartículas se podían adherir a los nanocables para aumentar el área de superficie, pero los métodos para crearlos no fueron muy efectivos para formar las tan deseadas estructuras de cadenas de nanopartículas porosas. Estos otros métodos resultaron demasiado lentos y resultaron en un resultado demasiado denso, capa gruesa de nanopartículas que recubren los cables, haciendo poco para aumentar la superficie.
Zheng y su equipo se preguntaron si un rápido estallido de llamas funcionaría mejor. así que lo intentaron.
Zheng sumergió los nanocables en un gel a base de disolvente de metal y sal, luego secarlos al aire antes de aplicar la llama. En su proceso, el solvente se quema en unos segundos, permitiendo que las nanopartículas tan importantes se cristalicen en estructuras similares a ramas que se abren en abanico desde los nanocables.
"Nos sorprendió un poco lo bien que funcionó, ", dijo Zheng." Funcionó maravillosamente ".
Usando microscopios y espectroscopios sofisticados en el Laboratorio de Nanocaracterización de Stanford, los ingenieros pudieron ver bien sus creaciones.
"Creó estos intrincados, zarcillos parecidos a pelos llenos de muchos rincones y grietas, ", dijo Zheng. Los nanocables enjoyados parecen limpiapipas. La estructura resultante aumenta la superficie muchas veces más que antes, ella dijo.
Rendimiento dramático, control sin precedentes
"Hasta ahora, las mejoras en el rendimiento han sido dramáticas, "dijo In Sun Cho, becario postdoctoral en el laboratorio de Zheng y coautor del artículo.
Zheng y su equipo han bautizado la técnica como el método sol-flama, para la combinación de disolvente y llama que produce las estructuras de nanopartículas. El método parece lo suficientemente general como para funcionar con muchos materiales de nanocables y nanopartículas y, quizás lo más importante, proporciona un grado sin precedentes de control de ingeniería en la creación de decoraciones de nanopartículas.
La alta temperatura de la llama y el breve tiempo de recocido garantizan que las nanopartículas sean pequeñas y se distribuyan uniformemente por los nanocables. Y, variando la concentración de nanopartículas en la solución precursora y el número de veces que los alambres se recubren por inmersión, el equipo de Stanford pudo variar el tamaño de las decoraciones de nanopartículas de decenas a cientos de nanómetros, y la densidad de decenas a cientos de partículas por micrómetro cuadrado.
"Aunque se necesita más investigación, tal precisión es crucial y podría impulsar una adopción más amplia del proceso, "dijo Zheng.
