Científicos de la Universidad Metropolitana de Tokio han descubierto el mecanismo detrás del rápido crecimiento de nanocables ultrafinos o "bigotes" en compuestos orgánicos. Los nanocables son tanto una innovación tecnológica deseable como un peligro cuando acortan la electrónica:comprender cómo crecen es crucial para las aplicaciones. Curiosamente, se descubrió que los filamentos crecían a partir de grandes frentes cristalinos siguiendo las burbujas de gas. Es importante destacar que las trazas de impurezas podrían suprimir la formación de burbujas y el crecimiento de bigotes, lo que permite controlar la estructura cristalina.

Los nanocables son filamentos ultrafinos de material cristalino que prometen nuevas e interesantes aplicaciones en electrónica, catálisis y generación de energía. También pueden crecer espontáneamente donde no se desean, puenteando barreras aislantes y cortocircuitando circuitos electrónicos. Controlar cómo crecen es un problema tecnológico importante, pero el mecanismo exacto aún se desconoce.

Un equipo formado por la profesora Rei Kurita, la profesora asistente Marie Tani y Takumi Yashima de la Universidad Metropolitana de Tokio ha estado analizando el crecimiento de cristales en o-terfenilo y salol, ambos compuestos orgánicos típicos que exhiben cristales de bigotes, el rápido crecimiento de filamentos delgados de los frentes de material cristalino cuando se enfría. Tras una inspección minuciosa, descubrieron que cada filamento presentaba una pequeña burbuja en la punta. Lograron demostrar que esta burbuja no era solo una impureza o simplemente mezclada con el aire, sino una diminuta cápsula de gas del mismo compuesto orgánico. En lugar de que las moléculas en el líquido simplemente se depositaran en un frente de crecimiento como en el crecimiento normal de un cristal, se transfirieron al gas dentro de la burbuja antes de unirse a la punta del filamento, una imagen muy diferente de la imagen estándar de congelación en líquidos. Esto condujo a un crecimiento rápido sin precedentes que también podría reproducirse dentro de finos capilares de vidrio para un crecimiento más controlado de los nanocables.

Al abordar la formación de burbujas en sí, el equipo descubrió que la gran diferencia de densidad entre el cristal y el líquido en estos compuestos tenía un papel que desempeñar. Repitiendo los experimentos en otros líquidos que no tenían una diferencia tan grande, no encontraron crecimiento de bigotes. Razonaron que el frente cristalino era propenso a albergar falta de homogeneidad de gran densidad, lo que en última instancia conduce a la cavitación, la formación espontánea de burbujas de gas que luego dan lugar a bigotes.

Habiendo descubierto qué causaba el crecimiento del filamento, el equipo se dispuso a controlar el fenómeno suprimiendo la formación de burbujas. Agregaron una pequeña cantidad de impureza al material para suprimir la cavitación. Efectivamente, a medida que desaparecieron las burbujas, también lo hicieron los bigotes, lo que permitió un crecimiento más lento pero sin bigotes de grandes trozos de material cristalino uniforme.

Con una capacidad de ajuste sin precedentes y una comprensión de la física detrás del proceso, el trabajo del equipo promete nuevos enfoques para cultivar nanofilamentos para aplicaciones tecnológicas y diferentes estrategias para proteger la electrónica y las baterías de cortocircuitos potencialmente peligrosos provocados por cristales de bigotes. La investigación se publica en Scientific Reports . + Explora más

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