El aceite y el agua pueden no mezclarse, pero agregar las nanopartículas correctas a la receta puede convertir estos dos fluidos inmiscibles en un gel exótico con usos que van desde baterías hasta filtros de agua y ventanas inteligentes que cambian el tinte. Un nuevo enfoque para crear esta clase inusual de materiales blandos podría llevarlos fuera del laboratorio al mercado.

Los científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad de Delaware han descubierto lo que parece ser una mejor manera de crear estos geles. que han sido un área de intenso enfoque de investigación durante más de una década. Parte de su utilidad potencialmente amplia es el complejo conjunto de canales microscópicos interconectados que se forman dentro de ellos, creando una estructura similar a una esponja. Estos canales no solo ofrecen pasajes para que otros materiales viajen, haciéndolos útiles para la filtración, pero también le dan al gel una gran cantidad de superficie interna, una característica valiosa para acelerar las reacciones químicas o como andamiaje sobre el que pueden crecer tejidos vivos.

Si bien estas y otras ventajas hacen que parezca que los innovadores del gel han encontrado petróleo, sus creaciones aún no se han mezclado bien con el mercado. Los geles se forman comúnmente a partir de dos disolventes líquidos mezclados. Como ocurre con el aceite y el agua, estos disolventes no se mezclan bien, pero para evitar que se separen por completo, los investigadores agregan nanopartículas de diseño personalizado que pueden permanecer en la interfaz entre ellas. Cocinar con cuidado estos ingredientes permite que se forme un gel cohesivo. Sin embargo, el proceso es exigente porque el diseño personalizado de nanopartículas para cada aplicación ha sido difícil, y la formación de los geles ha requerido un cambio de temperatura rápido y cuidadosamente controlado. Estas limitaciones han dificultado la creación de este tipo de gel en cantidades más pequeñas adecuadas para experimentos de laboratorio en lugar de a escala industrial.

Como se describe en un nuevo Comunicaciones de la naturaleza papel, el equipo de NIST / Delaware ha encontrado formas de eludir muchos de estos problemas. Su enfoque novedoso forma lo que los investigadores denominan "SeedGel, "una abreviatura de" gel impulsado por segregación de solventes ". En lugar de diseñar nanopartículas para que permanezcan en la interfaz entre los dos solventes, sus partículas elegidas se concentran dentro de una de ellas. Si bien estas partículas tienden a repelerse entre sí, la afinidad de las partículas hacia uno de los disolventes es más fuerte y las mantiene juntas en el canal. Utilizando herramientas de dispersión de neutrones en el Centro de Investigación de Neutrones del NIST (NCNR), el equipo demostró sin ambigüedades que había logrado concentrar las nanopartículas donde quería.

El gel resultante podría ser mucho más fácil de crear, ya que sus dos disolventes son esencialmente aceite y agua, y sus nanopartículas son dióxido de silicio, esencialmente pequeñas esferas de cuarzo común. También podría tener una variedad de usos industriales.

"Nuestro SeedGel tiene una gran resistencia mecánica, es mucho más fácil de hacer, y el proceso es escalable a lo que los fabricantes necesitarían, "dijo Yun Liu, quien es tanto científico de NCNR como profesor titular afiliado en la Universidad de Delaware. "Además, es termo-reversible".

Esta reversibilidad se refiere a una propiedad óptica que posee el SeedGel terminado:puede cambiar de transparente a opaco y viceversa, simplemente cambiando su temperatura. Esta propiedad podría aprovecharse en ventanas inteligentes que colocan una capa delgada de gel entre dos paneles de vidrio.

"Esta propiedad óptica podría hacer que SeedGel también sea útil en otras aplicaciones sensibles a la luz, "dijo Yuyin Xi, un investigador de la Universidad de Delaware que también trabaja en el NCNR. "Podrían ser útiles en sensores".

Debido a que el enfoque de creación de gel del equipo podría usarse con otras combinaciones de solventes y nanopartículas, podría resultar útil en filtros para la purificación de agua y posiblemente en otros procesos de filtración dependiendo del tipo de nanopartículas que se utilicen.

Liu también dijo que el enfoque de creación permite ajustar el tamaño de los canales dentro del gel cambiando la velocidad a la que cambia la temperatura durante el proceso de formación. ofreciendo a los diseñadores de aplicaciones otro grado de libertad para explorar.

"El nuestro es un enfoque genérico que funciona para muchas nanopartículas y disolventes diferentes, ", dijo." Amplía enormemente las aplicaciones de este tipo de geles ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de NIST. Lea la historia original aquí.