Científicos de EPFL, Alemania y Francia han revelado una nueva propiedad del material barato y abundante, el dióxido de titanio anatasa, que promete aplicaciones como medio para nanosensores de tensión mecánica a temperatura ambiente con lectura óptica.
Medir el estrés mecánico en el nanomundo es un gran desafío en la ciencia y la ingeniería de materiales. La clave de este avance es la capacidad de combinar materiales nanométricos baratos que reaccionan al estrés mecánico y esquemas de detección simples. Una ruta prometedora implicaría el desarrollo de sensores con lectura óptica. Sin embargo, no se conocen nanomateriales que cambien sus propiedades de absorción de luz tras la aplicación de tensión mecánica de una manera simple y predecible, especialmente a temperatura ambiente. Dichos materiales serían extremadamente útiles en una serie de aplicaciones de detección, desde la biociencia hasta la metrología.
En un giro el laboratorio de Majed Chergui en EPFL dentro del Centro de Lausana para la ciencia ultrarrápida, en colaboración con los grupos teóricos de Angel Rubio en Max-Planck (Hamburgo) y Pascal Ruello en la Université de Le Mans, ha demostrado que las nanopartículas del polimorfo anatasa del dióxido de titanio pueden revolucionar el campo.
El dióxido de titanio es un material barato y abundante que ya se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones como la fotovoltaica, fotocatálisis, sustratos conductores transparentes, protector solar pinturas purificación de agua y aire. Con su reciente descubrimiento, publicado en Nano letras , Chergui y sus colegas muestran que el dióxido de titanio es el candidato más prometedor para el desarrollo de sensores de tensión a temperatura ambiente a nanoescala y con lectura óptica.
En sus experimentos, Los investigadores lanzaron una onda de tensión mecánica dentro de las nanopartículas de dióxido de titanio a temperatura ambiente y monitorearon su respuesta óptica en las proximidades de la banda de absorción principal del material. llamado "excitón". Descubrieron que este último sufre un cambio de intensidad bajo la tensión mecánica aplicada. Esta simple respuesta está en desacuerdo con el comportamiento de todos los materiales conocidos, cuyas respuestas ópticas a la tensión mecánica son complejas e impredecibles. Estos nuevos hallazgos allanan el camino para el desarrollo de sensores con una lectura óptica basada en una sola frecuencia láser sintonizada con la resonancia del excitón.
Teniendo en cuenta que el dióxido de titanio ya está integrado en una amplia gama de dispositivos y existe una amplia experiencia disponible para combinarlo con otros sistemas, estos hallazgos prometen una nueva generación de sensores ópticos de tensión mecánica a nanoescala.
"Esta observación fue posible gracias a nuestras novedosas técnicas de láser ultrarrápido en el ultravioleta profundo. Esperamos que nuestro método experimental conduzca a descubrimientos aún más emocionantes en el nanomundo en un futuro próximo". "dice Edoardo Baldini (primer autor del artículo, ahora en el MIT).
