Por sus colores iridiscentes, los ópalos se han considerado piedras preciosas particularmente preciosas desde la antigüedad. La forma en que estas piedras brillan es causada por sus nanoestructuras. Un grupo de investigación dirigido por el Prof.Dr. Markus Retsch de la Universidad de Bayreuth ha producido cristales coloidales que imitan tales estructuras, que son adecuados para construir nuevos tipos de sensores. Estos sensores documentan de forma visible y continua la temperatura en su entorno durante un período definido. Son, por lo tanto, Hecho a medida para un seguimiento permanente de los procesos sensibles a la temperatura. Los científicos han presentado su descubrimiento en la revista. Materiales avanzados .

Ya se vislumbran atractivas aplicaciones para este nuevo tipo de sensores. "Para el funcionamiento seguro de las baterías modernas de alto rendimiento, es importante que estén expuestos solo a temperaturas moderadas durante muchas horas de funcionamiento. Los picos de temperatura a corto plazo pueden poner en peligro la seguridad y la vida útil de las baterías. Con la ayuda de los nuevos sensores, el cumplimiento de las temperaturas ambiente uniformes se puede controlar de forma fiable. Es más, el sensor ya está preprogramado debido a su composición material:funciona de forma autónoma y no se puede manipular posteriormente, "dice el investigador de doctorado Marius Schöttle (M.Sc.), autor principal de la nueva publicación. Prof. Dr. Markus Retsch, Catedrático de Química Física I y coordinador del nuevo estudio, agrega:"Hemos desarrollado un sensor que es sensible al tiempo y la temperatura, sin la necesidad de componentes electrónicos complejos o dispositivos de medición especiales. Además, los cristales artificiales que sintetizamos representan una nueva clase de materiales que son muy interesantes para la investigación fundamental. Es posible que estos gradientes coloidales nos ayuden a rastrear fenómenos físicos previamente inaccesibles ".

Cristales coloidales graduales derivados de ópalos naturales

Los ópalos consisten en partículas esféricas que forman nanoestructuras superiores. Las interacciones de estas estructuras altamente simétricas con la luz visible hacen que las superficies brillen en los más diversos colores. Lo mismo ocurre con las alas de las mariposas o algunos escarabajos. En años recientes, Los representantes naturales y artificiales de esta clase de materiales se han estudiado cada vez más. En la Universidad de Bayreuth, El equipo de investigación dirigido por el Prof.Dr. Markus Retsch ha investigado ahora si se pueden producir materiales nanoestructurados utilizando este principio de construcción pero con una variación controlada de las mezclas de diferentes partículas. que tienen propiedades tecnológicamente atractivas. La visión era realizar películas nanoestructuradas que cambiaran gradualmente sus propiedades físicas a lo largo de una determinada dirección. Este comportamiento gradual único podría lograrse simplemente variando la composición de una mezcla de partículas binarias. Para este propósito, los investigadores desarrollaron una configuración experimental que permite la preparación de cristales coloidales graduales que comprenden dos tipos de partículas distintas.

En el laboratorio se produjeron dos tipos de partículas que se diferenciaban solo en un aspecto:sus nanoestructuras resultantes se fusionan a diferentes temperaturas de modo que las superficies de los materiales pierden irremediablemente sus colores iridiscentes. Tecnicamente hablando, Este proceso de sinterización en seco irreversible crea una capa de película incolora. Los investigadores han creado cristales coloidales a partir de ambos tipos de partículas y han utilizado su técnica de fabricación de gradientes recientemente desarrollada. La estructura de los cristales resultantes es siempre la misma:dentro de cada cristal, la proporción de partículas que pierden sus estructuras a temperaturas más altas y por tanto son más estables aumenta continuamente hacia un lado. Los estudios comparativos han demostrado que un porcentaje mayor de partículas más estables provoca una degradación estructural más lenta dentro del cristal y retrasa la pérdida de color resultante.

Cristales afinados como sensores ópticos

El equipo de Bayreuth ahora ha utilizado este descubrimiento para ajustar varios cristales coloides. Un cristal coloide en el que la proporción de partículas estables cambia gradualmente ahora asume la función de un sensor:cuanto más alta es la temperatura durante un período definido, cuanto más se propaga la pérdida de color a lo largo de la dirección del degradado. Cuanto más cortos sean los períodos durante una temperatura constante, cuanto antes se interrumpa este proceso. Dado que las pérdidas de color son irreversibles en cualquier caso, el sensor documenta el nivel de una temperatura ambiente en función del tiempo.