"Un cristal hecho de nano-rodamientos de bolas se organizará de manera diferente que un cristal hecho de nano-dados y estas disposiciones producirán propiedades físicas muy diferentes", dijo Wendy Gu, profesora asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de Stanford, al presentar su último artículo. que aparece en la revista Nature Communications .

"Hemos utilizado una técnica de nanoimpresión 3D para producir una de las formas más prometedoras que se conocen:los tetraedros truncados de Arquímedes. Son tetraedros a escala micrométrica con las puntas cortadas".

En el artículo, Gu y sus coautores describen cómo nanoimprimieron decenas de miles de estas desafiantes nanopartículas, las agitaron hasta obtener una solución y luego observaron cómo se autoensamblaban en varias estructuras cristalinas prometedoras. Más importante aún, estos materiales pueden cambiar de estado en minutos simplemente reorganizando las partículas en nuevos patrones geométricos.

Esta capacidad de cambiar "fases", como los ingenieros de materiales llaman la cualidad de cambiar de forma, es similar al reordenamiento atómico que convierte el hierro en acero templado, o en materiales que permiten a las computadoras almacenar terabytes de datos valiosos en forma digital.

"Si podemos aprender a controlar estos cambios de fase en materiales hechos de estos tetraedros truncados de Arquímedes, esto podría llevarnos en muchas direcciones de ingeniería prometedoras", afirmó.

Presa esquiva

Durante mucho tiempo se ha teorizado que los tetraedros truncados de Arquímedes (ATT) se encuentran entre las geometrías más deseables para producir materiales que pueden cambiar fácilmente de fase, pero hasta hace poco eran difíciles de fabricar:se predecían en simulaciones por computadora pero eran difíciles de reproducir en el mundo real. P>

Gu se apresura a señalar que su equipo no es el primero en producir tetraedros truncados de Arquímedes a nanoescala en cantidad, pero están entre los primeros, si no los primeros, en utilizar la nanoimpresión 3D para hacerlo.

"Con la nanoimpresión 3D, podemos crear casi cualquier forma que queramos. Podemos controlar la forma de las partículas con mucho cuidado", explicó Gu. "Las simulaciones han predicho que esta forma particular forma estructuras muy interesantes. Cuando se pueden juntar de varias maneras, producen propiedades físicas valiosas".

Los ATT forman al menos dos estructuras geométricas muy deseables. El primero es un patrón hexagonal en el que los tetraedros descansan planos sobre el sustrato con sus puntas truncadas apuntando hacia arriba como una cadena montañosa a nanoescala. El segundo es quizás incluso más prometedor, afirmó Gu.

Es una estructura cristalina de cuasi diamante en la que los tetraedros se alternan en orientaciones hacia arriba y hacia abajo, como huevos reposando en un cartón de huevos. La disposición de los diamantes se considera un "Santo Grial" en la comunidad de la fotónica y podría conducir en muchas direcciones científicas nuevas e interesantes.

Sin embargo, lo más importante es que, cuando se diseñan adecuadamente, los futuros materiales hechos de partículas impresas en 3D se pueden reorganizar rápidamente, cambiando fácilmente entre fases con la aplicación de un campo magnético, corriente eléctrica, calor u otro método de ingeniería.

Gu dijo que puede imaginar revestimientos para paneles solares que cambian a lo largo del día para maximizar la eficiencia energética, películas hidrofóbicas de nueva era para alas y ventanas de aviones que significan que nunca se empañan ni se congelan, o nuevos tipos de memoria de computadora. La lista sigue y sigue.

"En este momento, estamos trabajando para hacer que estas partículas sean magnéticas para controlar cómo se comportan", dijo Gu sobre su última investigación que ya está en marcha utilizando nanopartículas de tetraedro truncado de Arquímedes de nuevas maneras. "Las posibilidades apenas comienzan a explorarse."