Durante décadas, un proceso de libro de texto conocido como "maduración de Ostwald", llamado así por el químico ganador del Premio Nobel Wilhelm Ostwald, ha guiado el diseño de nuevos materiales, incluidas las nanopartículas, materiales diminutos tan pequeños que son invisibles a simple vista.

De acuerdo con esta teoría, las partículas pequeñas se disuelven y vuelven a depositarse en la superficie de las partículas grandes, y las partículas grandes continúan creciendo hasta que todas las partículas pequeñas se hayan disuelto.

Pero ahora, un nuevo video capturado por científicos de Berkeley Lab revela que el crecimiento de las nanopartículas no está dirigido por la diferencia de tamaño, sino por los defectos.

Los científicos informaron recientemente sus hallazgos en la revista Nature Communications .

"Este es un gran hito. Estamos reescribiendo la química de los libros de texto, y es muy emocionante", dijo el autor principal Haimei Zheng, científico principal en la División de Ciencias de los Materiales de Berkeley Lab y profesor adjunto de ciencia e ingeniería de materiales en UC Berkeley.

Para el estudio, los investigadores suspendieron una solución de nanopartículas de sulfuro de cadmio (CdS) con cloruro de cadmio (CdCl₂ ) y cloruro de hidrógeno (HCl) en un portamuestras líquido personalizado. Los investigadores expusieron la solución con un haz de electrones para producir Cd-CdCl₂ nanopartículas de núcleo y cubierta (CSNP), que parecen discos hexagonales planos, donde los átomos de cadmio forman el núcleo y el cloruro de cadmio forma la cubierta.

Usando una técnica llamada microscopía electrónica de transmisión de células líquidas de alta resolución (LC-TEM) en Molecular Foundry, los investigadores capturaron videos LC-TEM a escala atómica en tiempo real de Cd-CdCl₂ CSNP madurando en solución.

En un experimento clave, un video LC-TEM muestra un pequeño Cd-CdCl₂ nanopartícula de núcleo-capa que se fusiona con un gran Cd-CdCl₂ CSNP para formar un Cd-CdCl₂ más grande CSNP. Sin embargo, la dirección del crecimiento no estuvo guiada por una diferencia de tamaño sino por un defecto de grieta en la cubierta del CSNP inicialmente más grande. "El hallazgo fue muy inesperado, pero estamos muy contentos con los resultados", dijo Qiubo Zhang, primer autor e investigador postdoctoral en la División de Ciencias de los Materiales.

Los investigadores dicen que su trabajo es el video LC-TEM de mayor resolución jamás grabado. El avance, que monitorea cómo maduran las nanopartículas en solución en tiempo real, fue posible gracias a una "célula líquida" ultradelgada hecha a medida que asegura una pequeña cantidad de líquido entre dos membranas de película de carbono en una rejilla de cobre. Los investigadores observaron la muestra líquida a través de ThemIS, un microscopio electrónico especializado en Molecular Foundry que es capaz de registrar cambios a escala atómica en líquidos a una velocidad de 40-400 cuadros por segundo. El entorno de alto vacío del microscopio mantiene intacta la muestra líquida.

"Nuestro estudio llena el vacío de las transformaciones de nanomateriales que la teoría tradicional no puede predecir". dijo Zheng, quien fue pionero en LC-TEM en Berkeley Lab en 2009 y es un experto líder en el campo. "Espero que nuestro trabajo inspire a otros a pensar en nuevas reglas para diseñar nanomateriales funcionales para nuevas aplicaciones". + Explora más

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