Una reconstrucción digital muestra cómo los átomos de una nanopartícula con facetas cristalinas reaccionan cuando esa nanopartícula choca con otra de forma y tamaño similar en el vacío. Los átomos se vuelven azules cuando están en contacto con la nanopartícula opuesta, que no se muestra. En un nuevo estudio, Tales reconstrucciones ayudaron a revelar que las nanopartículas con facetas de cristal son mejores para transferir energía durante las colisiones que las nanopartículas con una forma más esférica. Crédito:Yoichi Takato
Cascos que evitan mejor las conmociones cerebrales y otras lesiones cerebrales. Auriculares que protegen a las personas de ruidos dañinos. Dispositivos que convierten la energía "basura" de las vibraciones de la pista del aeropuerto en energía utilizable.
Una nueva investigación sobre los eventos que ocurren cuando pequeñas partículas de materia llamadas nanopartículas se chocan entre sí podrían algún día informar el desarrollo de tales tecnologías.
Usando supercomputadoras, Los científicos dirigidos por la Universidad de Buffalo modelaron lo que sucede cuando dos nanopartículas chocan en el vacío. El equipo realizó simulaciones de nanopartículas con tres geometrías de superficie diferentes:aquellas que son en gran parte circulares (con exteriores suaves); aquellos con facetas de cristal; y los que poseen bordes afilados.
"Nuestro objetivo era establecer las fuerzas que controlan el transporte de energía a nanoescala, "dice el coautor del estudio, Surajit Sen, Doctor, Catedrático de Física de la Facultad de Artes y Ciencias de la UB. "Cuando tienes una partícula diminuta de 10, 20 o 50 átomos de ancho, ¿Todavía se comporta de la misma manera que las partículas más grandes? o granos? Esa es la esencia de la pregunta que hicimos ".
"Las entrañas de la respuesta, "Sen agrega, "es sí y no".
"Nuestra investigación es útil porque sienta las bases para diseñar materiales que transmitan o absorban energía de la manera deseada, "dice el primer autor Yoichi Takato, Doctor. Takato, un físico en AGC Asahi Glass y ex becario postdoctoral en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa en Japón, Completó gran parte del estudio como doctorando en física en la UB. "Por ejemplo, potencialmente podría hacer un material ultrafino que absorba energía. Podrías imaginar que esto sería práctico para usar en cascos y accesorios para la cabeza que pueden ayudar a prevenir lesiones en la cabeza y en combate ".
Una ilustración muestra secciones transversales de dos nanopartículas en gran parte esféricas antes y después de que chocaran a 31 metros por segundo en una simulación por computadora. Los átomos individuales dentro de las partículas se representan como pequeños puntos. Los científicos que estudian las colisiones de nanopartículas generaron imágenes como estas para muchos tipos diferentes de choques, como los que involucran diferentes velocidades y diferentes formas de nanopartículas. Crédito:Yoichi Takato
El estudio fue publicado el 21 de marzo en Actas de la Royal Society A por Takato, Sen y Michael E. Benson, quien completó su parte del trabajo como estudiante de licenciatura en física en la UB. Los científicos realizaron sus simulaciones en el Centro de Investigación Computacional, La instalación de supercomputación académica de la UB.
¡Multimedia adicional no disponible a través de EurekAlert! se puede encontrar en http://www.buffalo.edu/news/releases/2018/04/008.html.
¿Qué sucede cuando las nanopartículas chocan?
La nueva investigación se centró en pequeñas nanopartículas, aquellas con diámetros de 5 a 15 nanómetros. Los científicos encontraron que en las colisiones, las partículas de este tamaño se comportan de manera diferente según su forma.
Por ejemplo, Las nanopartículas con facetas de cristal transfieren bien la energía cuando chocan entre sí, haciéndolos un componente ideal de materiales diseñados para recolectar energía. Cuando se trata de transporte de energía, estas partículas se adhieren a las normas científicas que gobiernan los sistemas lineales macroscópicos, incluidas las cadenas de masas de igual tamaño con resortes entre ellas, que son visibles a simple vista.
A diferencia de, nanopartículas de forma más redonda, con superficies amorfas, adherirse a las leyes de fuerza no lineal. Esta, Sucesivamente, significa que pueden ser especialmente útiles para mitigar los impactos. Cuando dos nanopartículas esféricas chocan, la energía se disipa alrededor del punto de contacto inicial en cada uno en lugar de propagarse a través de ambos. Los científicos informan que a velocidades de choque de unos 30 metros por segundo, los átomos dentro de cada partícula se desplazan solo cerca del punto inicial de contacto.
Las nanopartículas con bordes afilados son menos predecibles:según el nuevo estudio, su comportamiento varía en función de la nitidez de los bordes a la hora de transportar energía.
Una reconstrucción digital muestra cómo los átomos de una nanopartícula en gran parte esférica reaccionan cuando esa nanopartícula choca con otra de forma y tamaño similares en el vacío. Los átomos se vuelven azules cuando están en contacto con la nanopartícula opuesta, que no se muestra. En un nuevo estudio, Tales reconstrucciones ayudaron a revelar que las nanopartículas en gran parte esféricas absorben mejor la energía durante las colisiones que las nanopartículas con facetas de cristal. Crédito:Yoichi Takato
Diseñando una nueva generación de materiales
"Desde una perspectiva muy amplia, el tipo de trabajo que estamos haciendo tiene perspectivas muy interesantes, "Dice Sen." Les da a los ingenieros información fundamental sobre nanopartículas que no tenían antes. Si está diseñando un nuevo tipo de nanopartícula, ahora puedes pensar en hacerlo de una manera que tenga en cuenta lo que sucede cuando tienes nanopartículas muy pequeñas que interactúan entre sí ".
Aunque muchos científicos están trabajando con nanotecnología, La forma en que se comportan las nanopartículas más pequeñas cuando chocan entre sí es en gran medida una pregunta abierta, Dice Takato.
"Cuando diseñas un material, ¿Qué tamaño quieres que tenga la nanopartícula? ¿Cómo distribuirá las partículas dentro del material? ¿Qué tan compacto quieres que sea? Nuestro estudio puede informar estas decisiones, "Dice Takato.
