Una vista ampliada revela mesocristales a nanoescala (recuadro) que comienzan a ensamblarse y forman una estructura supracristalina ordenada, que se ve en verde. Crédito:Inna Soroka
Un equipo de investigación del Instituto Real de Tecnología KTH y el Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces informa haber encontrado la clave para la fabricación controlada de mesocristales de óxido de cerio. La investigación es un paso adelante en el ajuste de los nanomateriales que pueden servir para una amplia gama de usos, incluidas las células solares, los catalizadores de combustible e incluso la medicina.
Los mesocristales son nanopartículas con tamaño, forma y orientación cristalográfica idénticos, y se pueden utilizar como bloques de construcción para crear nanoestructuras artificiales con propiedades ópticas, magnéticas o electrónicas personalizadas. En la naturaleza, estas estructuras tridimensionales se encuentran en el coral, los erizos de mar y la rosa del desierto de calcita, por ejemplo. Óxido de cerio producido artificialmente (CeO2 ) los mesocristales, o nanoceria, son bien conocidos como catalizadores, con propiedades antioxidantes que podrían ser útiles en el desarrollo farmacéutico.
"Para poder fabricar CeO2 mesocristales de forma controlada, es necesario comprender el mecanismo de formación de estos materiales", dice Inna Soroka, investigadora en química física aplicada en KTH. Ella dice que el equipo usó química de radiación para revelar por primera vez el mecanismo de formación de mesocristales de ceria.
Debido a su complejidad, la formación de mesocristales no sigue el mismo camino que los cristales ordinarios, un proceso llamado Maduración de Ostwald, donde las partículas más pequeñas en solución se disuelven y se depositan en partículas más grandes.
Los investigadores encontraron que una fase amorfa similar a un gel forma una matriz en la que las partículas primarias, de aproximadamente 3 nm de tamaño, se alinean entre sí, autoensamblándose en mesocristales con un diámetro de 30 nm.
"Si el mesocristal fuera una casa, esta fase amorfa desempeña el papel del cemento que conecta los ladrillos alineados en las paredes", dice la Dra. Soroka.
También descubrieron que los mesocristales pueden autoorganizarse aún más y formar supracristales, visibles a simple vista. "Al igual que un arquitecto puede diseñar no una sola casa sino todo un vecindario con las casas orientadas de cierta manera para satisfacer las necesidades de sus habitantes", dice.
Esta arquitectura jerárquica de varios niveles de supracristales es un concepto interesante para el diseño de materiales futuros, dice. "La gente está fascinada con la variedad de estructuras y formas complejas que se encuentran en la naturaleza, como los erizos de mar y los corales. Y los científicos están interesados en cómo funcionan los procesos de cristalización. Nuestro trabajo es una contribución a esta comprensión".
La investigación fue publicada en Angewandte Chemie International Edition . Mesocristales binarios del kit de nanoconstrucción
