Los científicos de materiales de la Universidad de Duke han teorizado un nuevo enfoque de "aceite y vinagre" para diseñar materiales de autoensamblaje de arquitecturas inusuales hechas de nanopartículas esféricas. Las estructuras resultantes podrían resultar útiles para aplicaciones en óptica, plasmónicos, electrónica y catálisis química multietapa.

El enfoque novedoso apareció en línea el 25 de marzo en la revista. ACS Nano .

Dejados a sus propias tendencias, un sistema de nanopartículas esféricas suspendidas diseñado para agruparse tratará de maximizar sus puntos de contacto empaquetándose lo más herméticamente posible. Esto da como resultado la formación de grupos aleatorios o tridimensionales, estructura cristalina.

Pero los científicos de materiales a menudo quieren construir estructuras más abiertas de dimensiones más bajas, como cuerdas u hojas, para aprovechar ciertos fenómenos que pueden ocurrir en los espacios entre diferentes tipos de partículas. Y siempre están buscando formas inteligentes de controlar con precisión el tamaño y la ubicación de esos espacios y partículas.

En el nuevo estudio, Gaurav Arya, profesor asociado de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales en Duke, propone un método que aprovecha las capas formadas por líquidos que, como una botella de vinagreta dejada en el estante por mucho tiempo, se niegan a mezclarse.

Cuando se colocan nanopartículas esféricas en un sistema de este tipo, tienden a formar una sola capa en la interfaz de los líquidos opuestos. Pero no tienen por qué quedarse allí. Al unir moléculas de "aceite" o "vinagre" a las superficies de las partículas, los investigadores pueden hacer que floten más en un lado de la línea divisoria que en el otro.

"Las partículas quieren maximizar su número de contactos y formar estructuras de volumen, pero al mismo tiempo, la interfaz de los diferentes líquidos está tratando de forzarlos en dos capas, "dijo Arya." Entonces tienes una competencia de fuerzas, y puedes usar eso para formar diferentes tipos de estructuras únicas e interesantes ".

La idea de Arya es controlar con precisión la cantidad que cada nanopartícula esférica es repelida por un líquido u otro. Y según sus cálculos, alterando esta propiedad junto con otras como la composición y el tamaño de las nanopartículas, Los científicos de materiales pueden hacer todo tipo de formas interesantes, desde estructuras delgadas con forma de moléculas hasta estructuras en zig-zag donde solo se tocan dos nanopartículas a la vez. Incluso se podrían imaginar varias capas diferentes trabajando juntas para organizar un sistema de nanopartículas.

En el documento de prueba de concepto, las nanopartículas podrían estar hechas de cualquier cosa. El oro o los semiconductores podrían ser útiles para dispositivos plasmónicos y eléctricos, mientras que otros elementos metálicos podrían catalizar diversas reacciones químicas. Los sustratos opuestos que forman la interfaz, mientras tanto, están modelados a partir de varios tipos de polímeros que también podrían usarse en tales aplicaciones.

"Hasta ahora en este documento, solo hemos introducido el enfoque de ensamblaje y hemos demostrado su potencial para crear estos arreglos exóticos que normalmente no obtendría, "dijo Arya." Hay muchas más cosas por hacer a continuación. Para uno, nos gustaría explorar el repertorio completo de posibles estructuras y fases que los investigadores podrían hacer usando este concepto. También estamos trabajando en estrecha colaboración con los experimentadores para probar todas las capacidades de este enfoque ".