El aceite y el agua no se mezclan, pero ¿qué sucede cuando el aceite y el agua se encuentran? ¿O donde el aire se encuentra con el líquido? Se producen reacciones únicas en estas interfaces, que un equipo de investigadores con sede en Japón utilizó para desarrollar la primera construcción exitosa de nanoláminas conductoras de electricidad uniformes necesarias para los sensores de próxima generación y las tecnologías de producción de energía.

La colaboración de investigación de la Universidad de la Prefectura de Osaka, el Instituto de Investigación de Radiación Sincrotrón de Japón y la Universidad de Tokio publicaron su enfoque el 28 de octubre en ACS Applied Materials &Interfaces .

"Sabemos desde hace mucho tiempo que el petróleo forma una película grande y uniforme en la superficie del agua; comprender y usar este fenómeno familiar podría conducir a procesos de ahorro de energía", dijo la autora correspondiente Rie Makiura, profesora asociada en el Departamento de Ciencia de los Materiales. , Universidad de la Prefectura de Osaka. "Al utilizar una combinación de materias primas en una interfaz similar, logramos crear materiales funcionales con nanoestructuras tridimensionales avanzadas que conducen la electricidad".

Estos materiales son estructuras metal-orgánicas, que son microporosas y están compuestas de iones metálicos y enlazadores orgánicos altamente organizados. Llamados MOF, tienen innumerables aplicaciones potenciales desde nanotecnologías hasta ciencias de la vida, según Makiura, pero una propiedad no realizada les impide su uso real:la mayoría de los MOF fabricados no conducen bien la electricidad.

"Para utilizar las características superiores de los MOF conductores en aplicaciones como sensores y dispositivos de energía, la fabricación e integración de películas ultrafinas con tamaño de poro definido, dirección de crecimiento bien controlada y espesor de película son una necesidad y se han buscado activamente". Makiura dijo.

La mayoría de los desarrollos anteriores de películas delgadas de MOF implican exfoliar capas de cristales más grandes y colocarlas sobre un sustrato. Sin embargo, según Makiura, este proceso es complicado y, a menudo, da como resultado láminas gruesas y no uniformes que no son altamente conductoras. Para desarrollar nanoláminas conductoras ultrafinas y uniformes, ella y su equipo decidieron invertir el enfoque.

Comenzaron esparciendo una solución que contenía enlazadores orgánicos sobre una solución acuosa de iones metálicos. Una vez en contacto, las sustancias comienzan a ensamblar sus componentes en un arreglo hexagonal. Durante una hora, el arreglo continuó a medida que se formaban nanoláminas donde se encuentran el líquido y el aire. Después de completar la formación de nanoláminas, los investigadores utilizaron dos barreras para comprimir las nanoláminas en un estado más denso y continuo.

Es un enfoque simplificado para producir nanoláminas increíblemente delgadas con estructuras cristalinas altamente organizadas, según Makiura. Los investigadores confirmaron la estructura uniforme mediante análisis microscópico y cristalográfico de rayos X. Los cristales estrechamente ordenados visualizados también indicaron las propiedades eléctricas del material, ya que los cristales estaban uniformemente en contacto en cada hoja, lo que también facilitó el contacto cercano entre hojas. Los investigadores probaron esto transfiriendo nanoláminas a un sustrato de silicio, agregando electrodos de oro y midiendo la conductividad.

"Aunque no fue fácil evaluar las películas ultrafinas, nos encantó poder demostrar que tenía una nanoestructura tridimensional y una alta conductividad eléctrica", dijo el primer autor Takashi Ohata, estudiante de doctorado supervisado por Makiura.

Los investigadores ahora están estudiando cómo varios parámetros afectan la morfología de las nanoláminas, con el objetivo de desarrollar una metodología controlable y ajustable para crear nanoláminas de alta calidad con propiedades electrónicas específicas.

"Nuestro ensamblaje versátil y simple de abajo hacia arriba de componentes de construcción molecular adecuados en la interfaz aire/líquido en una arquitectura extendida realiza la creación de una nanohoja cristalina eléctricamente conductora y perfectamente orientada", dijo Makiura. "El nuevo hallazgo mejora aún más el potencial de la síntesis interfacial aire/líquido para crear una amplia variedad de nanoláminas para uso real en muchas aplicaciones potenciales, incluso para dispositivos de creación de energía y catalizadores". + Explora más

Las capas de nanoláminas cristalinas permiten propiedades electrónicas ajustables