Un campo de nanocompuestos convertidos, su forma se formó con el autoensamblaje y su composición sintonizada con reacciones de conversión. Crédito:AMOLF
Imagínese si un material se dispusiera a sí mismo en una forma adecuada para su aplicación, por ejemplo, un catalizador que maximiza su propia superficie para mejorar la eficiencia o un microaccionador que forma apéndices para agarrar objetos cercanos. Esta es la promesa del autoensamblaje:hacer complejos, materiales funcionales al dejar que la materia se forme a sí misma. Todavía, no toda la materia que se autoensambla en formas interesantes resulta tener una función útil en su forma final. Investigadores del grupo Self-Organizing Matter descubrieron recientemente que el intercambio iónico les permite separar el proceso de autoensamblaje del material resultante. Sus hallazgos fueron publicados en Materiales avanzados el 16 de noviembre y destacado en Naturaleza y Materiales de Nature Reviews .
Con sus hermosas e intrincadas formas, los nanocompuestos estudiados por el grupo de Materia Autoorganizada se ven bastante notables (ver ilustración). Todavía, Doctor. Los estudiantes Hans Hendrikse y Arno van der Weijden querían más que hermosas estructuras y tenían ganas de utilizar también la funcionalidad de los nanocompuestos. Alentados por la formabilidad y el diseño estructural de sus nanocomposites, comenzaron a investigar las opciones junto con investigadores de la Universidad de Amsterdam, ARNCL, Universidad de Leiden y Virginia Tech.
El equipo de investigación comenzó con nanocompuestos que consistían en carbonato de bario (BaCO 3 ) nanocristales incrustados en una sílice (SiO 2 ) matriz y los convirtió en sulfuro de cadmio (CdS). Primero, establecieron una ruta para convertir de manera reproducible los nanocompuestos en este material final, mientras investiga las propiedades de los nanocomposites durante el intercambio iónico. A través del análisis con microscopía electrónica y difracción de rayos X, el equipo aprendió algo fascinante:el pequeño tamaño del BaCO. 3 Los nanocristales los hicieron excepcionalmente susceptibles a las reacciones de intercambio iónico, mientras que el SiO circundante 2 La matriz proporcionó estabilidad mecánica para mantener la forma del nanocompuesto original durante la conversión. Hans Hendrikse dice:"Es casi como si estuviéramos cambiando algunos de los ladrillos de una casa manteniendo intacta la estructura general".
Gif animado que ilustra un microaccionador creado mediante la aplicación de técnicas de intercambio iónico en un nanocompuesto. Crédito:AMOLF
Según estos conocimientos, expandir la selección de materiales fue sencillo y se desarrollaron nuevas rutas para cambiar la composición del nanocompuesto a varios cadmio, planchar, sales de níquel y manganeso. Es más, el nanocompuesto original se puede moldear en una gran selección de formas predeterminadas. Todas estas formas se pueden convertir en cualquiera de las composiciones mencionadas anteriormente. Entonces, no solo es posible convertir nanocomposites, También hay una variedad de materiales y formas para elegir indistintamente.
Finalmente, el equipo exploró las posibles aplicaciones de este nuevo enfoque. Por ejemplo, descubrieron que los nanocompuestos que contienen níquel se pueden utilizar como catalizadores para el proceso de reformado en seco, que supera a los catalizadores tradicionales a bajas temperaturas. Es más, el equipo sintetizó magnetita de forma controlada (Fe 3 O 4 ) nanocompuestos que se pueden mover y reorientar utilizando sus propiedades magnéticas. Finalmente, crearon actuadores microscópicos activados por haz de electrones utilizando la flexibilidad introducida durante una de las reacciones de intercambio iónico junto con las propiedades de contracción de la matriz de sílice. En breve, descubrieron reacciones de intercambio iónico que preservan la forma que abren nuevas rutas hacia materiales autoensamblados con varias novedades, propiedades funcionales.
