Los científicos de Skoltech modelaron el comportamiento de las nanoburbujas que aparecen en las heteroestructuras de van der Waals y el comportamiento de las sustancias atrapadas dentro de las burbujas. En el futuro, el nuevo modelo ayudará a obtener ecuaciones de estado para sustancias en nanovolúmenes, abriendo nuevas oportunidades para la extracción de hidrocarburos de rocas con grandes cantidades de micro y nanoporos. Los resultados del estudio se publicaron en el Revista de física química .
Las nanoestructuras de van der Waals son muy prometedoras para el estudio de las muestras más pequeñas con volúmenes desde 1 micrón cúbico hasta varios nanómetros cúbicos. Estas capas atómicamente delgadas de materiales bidimensionales, como el grafeno, nitruro de boro hexagonal (hBN) y dicalcogenuros de metales de transición, se mantienen unidos únicamente por una interacción débil de van der Waals. La inserción de una muestra entre las capas separa las capas superior e inferior, haciendo que la capa superior se levante para formar una nanoburbuja. La estructura resultante estará disponible para microscopía de fuerza atómica y electrónica de transmisión, proporcionando una idea de la estructura de la sustancia dentro de la burbuja.
Las propiedades que exhiben las sustancias dentro de las nanoburbujas de van der Waals son bastante inusuales. Por ejemplo, el agua atrapada dentro de una nanoburbuja muestra una disminución de diez veces en su constante dieléctrica y graba la superficie del diamante, algo que nunca haría en condiciones normales. El argón, que normalmente existe en forma líquida cuando se encuentra en grandes cantidades, puede volverse sólido a la misma presión si queda atrapado dentro de nanoburbujas muy pequeñas con un radio de menos de 50 nanómetros.
Científicos dirigidos por el profesor Iskander Akhatov del Skoltech Center for Design, Manufacturing and Materials (CDMM) construyó un modelo numérico universal de una nanoburbuja que ayuda a predecir la forma de la burbuja bajo ciertas condiciones termodinámicas y describe la estructura molecular de la sustancia atrapada en su interior.
"En un sentido práctico, las burbujas en las estructuras de van der Waals se consideran a menudo como defectos de los que los experimentadores están ansiosos por deshacerse. Sin embargo, desde el punto de vista de la stratronics, las burbujas crean tensión, y su efecto en la estructura electrónica se puede utilizar para crear dispositivos prácticos, como transistores, elementos lógicos y ROM, "Petr Zhilyaev, un científico investigador senior en Skoltech, dijo.
"En nuestro estudio reciente, Creamos un modelo que describe una forma específica que asumen las nanoburbujas planas solo en el rango de dimensiones del subnanómetro. Descubrimos que el tamaño vertical de estas nanoestructuras solo puede tomar valores discretos divisibles por el tamaño de las moléculas atrapadas. Además, el modelo permite cambiar el tamaño de las nanoburbujas controlando la temperatura del sistema y los parámetros fisicoquímicos de los materiales, ", dijo el científico investigador principal Timur Aslyamov.
