(Phys.org) —El crecimiento es un fenómeno omnipresente en plantas y animales. Pero también ocurre naturalmente en los productos químicos, metales y otros materiales inorgánicos. Ese hecho tiene, por décadas, planteó un gran desafío para los científicos e ingenieros, porque controlar el crecimiento dentro de los materiales es fundamental para crear productos con propiedades físicas uniformes para que puedan usarse como componentes de maquinaria y dispositivos electrónicos. El desafío ha sido particularmente molesto cuando los bloques de construcción moleculares de los materiales crecen rápidamente o se procesan en condiciones duras como altas temperaturas.

Ahora, un equipo dirigido por investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Henry Samueli de la UCLA ha desarrollado un nuevo proceso para controlar el crecimiento molecular dentro de los componentes "bloques de construcción" de los materiales inorgánicos. El método, que utiliza nanopartículas para organizar los componentes durante una fase crítica del proceso de fabricación, podría dar lugar a nuevos materiales innovadores, como cojinetes autolubricantes para motores, y podría hacer factible su producción en masa.

El estudio aparece en la edición del 9 de mayo de la revista Comunicaciones de la naturaleza .

Xiaochun Li, La Cátedra Raytheon de UCLA en Ingeniería de Fabricación e investigadora principal de la investigación, comparó el nuevo proceso con la creación de las mejores condiciones para que las plantas crezcan en un jardín.

"En naturaleza, algunas semillas brotan antes que otras y las plantas crecen más, evitar que los brotes cercanos crezcan bloqueando su acceso a los nutrientes o la luz solar, "dijo Li, quien también es profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial. "Pero si las plantas anteriores siguen una dieta controlada que limita su crecimiento, las otras plantas tendrán más posibilidades de estar sanas, maximizando el rendimiento en el jardín.

"Estamos haciendo esto a nanoescala, controlar el crecimiento a nivel atómico bloqueando físicamente los agentes de crecimiento para obtener materiales de alto rendimiento con uniformidad y otras propiedades deseadas. Es como un control de dieta atómica para la síntesis de materiales ".

El método utiliza nanopartículas autoensambladas que controlan rápida y eficazmente los componentes básicos de los materiales a medida que se forman durante la etapa de enfriamiento (o crecimiento) del proceso de fabricación. Las nanopartículas están hechas de materiales termodinámicamente estables (como el carbonitruro de titanio cerámico) y se agregan y dispersan mediante un método de dispersión ultrasónica. Las nanopartículas se ensamblan espontáneamente como una capa delgada, bloqueando significativamente la difusión de los materiales.

La técnica es eficaz tanto para materiales inorgánicos como orgánicos.

En su estudio, Los investigadores demostraron que el método podría utilizarse para aleaciones de aluminio y bismuto. Normalmente, el aluminio y el bismuto, como el aceite y el agua, no se pueden mezclar por completo. Aunque se pueden combinar temporalmente a altas temperaturas, los elementos se separan cuando la mezcla se enfría, resultando en una aleación con propiedades desiguales. Pero, utilizando el proceso controlado por nanopartículas, El equipo dirigido por UCLA creó una aleación de aluminio-bismuto uniforme y de alto rendimiento.

"Estamos controlando la nucleación y el crecimiento durante el proceso de solidificación para obtener microestructuras uniformes y de tamaño fino, "dijo Lianyi Chen, el autor principal del estudio y un becario postdoctoral en ingeniería mecánica y aeroespacial. "Con incorporación de nanopartículas, la aleación de aluminio-bismuto presenta un rendimiento 10 veces mejor en términos de reducción de la fricción, que se puede utilizar para fabricar motores con una eficiencia energética significativamente mejorada ".

Li dijo que el nuevo enfoque resultará útil en una amplia gama de aplicaciones, posiblemente incluyendo esfuerzos para limitar el crecimiento de células cancerosas.

Otros contribuyentes a la investigación incluyen Jiaquan Xu, un estudiante graduado de ingeniería de UCLA; Hongseok Choi y Hiromi Konishi, ex becarios postdoctorales asesorados por Li mientras estaba en la facultad de la Universidad de Wisconsin - Madison; y Song Jin, profesor de química en Wisconsin.