Esto muestra lo que descubrieron los científicos de la Universidad de Rice. Crédito:S. Gullapalli / Rice University
(Phys.org) —La serendipia demostró ser un ingrediente clave para las últimas nanopartículas descubiertas en la Universidad de Rice. Las nuevas partículas de "punto de lava" se descubrieron accidentalmente cuando los investigadores tropezaron con una forma de usar gotas fundidas de sal metálica para hacer huecos, versiones recubiertas de un elemento básico nanotecnológico llamado puntos cuánticos.
Los resultados aparecen en línea esta semana en la revista. Nanotecnología . Los investigadores también encontraron que los puntos de lava se organizan en patrones espaciados uniformemente en superficies planas, gracias en parte a un revestimiento exterior suave que puede alterar su forma cuando las partículas están compactas.
"Estamos explorando el potencial de utilizar estas partículas como catalizadores para la producción de hidrógeno, como sensores químicos y como componentes en células solares, pero el punto principal de este artículo es cómo fabricamos estos materiales, "dijo el coautor Michael Wong, profesor de ingeniería química y biomolecular en Rice. "Se nos ocurrió esta técnica de 'síntesis de gotas fundidas' y descubrimos que podemos usar el mismo proceso para hacer nanopartículas huecas a partir de varios tipos de elementos. El resultado es que este descubrimiento se trata de una familia completa de partículas en lugar de una composición específica ".
Como sus primos de puntos cuánticos, Los puntos de lava de Rice pueden estar hechos de semiconductores como seleniuro de cadmio y sulfuro de zinc.
El laboratorio de Wong ha estado trabajando constantemente para mejorar la síntesis de puntos cuánticos durante más de cinco años. En 2007, El equipo de Wong descubrió una forma más limpia y económica de sintetizar puntos cuánticos de cuatro patas:partículas más pequeñas que una célula viva que parecen versiones diminutas de gatos para niños. Estos "nanojacks, "que también se llaman tetrápodos cuánticos, se puede utilizar para recoger la luz solar en un nuevo y revolucionario tipo de panel solar.
El paso clave en el descubrimiento de 2007 fue el uso de un surfactante llamado CTAB. En 2010, la estudiante graduada de Rice, Sravani Gullapalli, estaba tratando de refinar aún más la síntesis del "nanojack" cuando descubrió los puntos de lava.
Cuando se sientan solos, los puntos de lava aparecen redondos, pero sus suaves caparazones exteriores se aplanan cuando se apilan uno cerca del otro. Crédito:S. Gullapalli / Rice University
"Esta nueva química para hacer los tetrápodos fue bastante barata, pero buscábamos una forma aún más barata, "Wong dijo", dijo Sravani, "Vamos a deshacernos de este costoso tensioactivo de fósforo y veamos qué pasa". Entonces ella lo hizo y estas pequeñas cosas simplemente aparecieron en la pantalla del microscopio electrónico ".
Wong recordó la sorpresa inicial del equipo. "Dijimos, '¿Que esta pasando aqui? ¿Cómo se pasa de los nano-gatos de cuatro patas a estas bolitas? '"
Dijo que el equipo tardó más de un año en descifrar el mecanismo de formación inusual que produjo el hueco. partículas de caparazón blando.
Para hacer las partículas Gullapalli agregó tres tipos de polvo sólido:nitrato de cadmio, selenio y una pequeña cantidad de CTAB — a un aceite solvente. Luego calentó lentamente la mezcla mientras la revolvía. El nitrato de cadmio se derritió primero y formó diminutas nanogotas que no se pueden ver a simple vista.
"No pasa nada hasta que la temperatura sigue aumentando y el selenio se derrite, "Dijo Gullapalli." El selenio fundido luego se envuelve alrededor de la gota de nitrato de cadmio, y el nitrato de cadmio se difunde y deja un agujero donde una vez estuvo la gota ".
Ella dijo que la capa de seleniuro de cadmio que rodea el agujero es nanocristalina y está envuelta en una capa exterior blanda de selenio puro.
Cuando Gullapalli examinó los puntos de lava con un microscopio electrónico de transmisión, descubrió que eran más grandes que los puntos cuánticos estándar, unos 15-20 nanómetros de diámetro. Los agujeros tenían unos 4-5 nanómetros de diámetro. También notó algo peculiar:cuando estaban sentados solos, parecían redondos, y cuando está bien empaquetado, la cáscara pareció comprimirse, a pesar de que los puntos vecinos nunca entraron en contacto real entre sí.
"Ese es uno de los giros de esta extraña química, "Dijo Wong." El solvente forma su propio surfactante durante este proceso. El surfactante recubre las partículas y evita que se toquen entre sí, incluso cuando están bien empaquetados ".
El equipo de Wong descubrió más tarde que podía usar el método de la gota fundida para hacer puntos de lava con sulfuro de zinc. sulfuro de cadmio y seleniuro de zinc.
"Descubrimos que las partículas huecas se reunieron e incluso superaron algunas métricas de rendimiento de puntos cuánticos en un dispositivo de prueba de células solares, y seguimos examinando su utilidad "Dijo Gullapalli.
