Inspirándose en la naturaleza, los investigadores de nanotecnología han identificado la "curvatura espontánea" como el factor clave que determina cómo los materiales artificiales ultrafinos pueden transformarse en tubos, giros y hélices útiles.
Una mayor comprensión de este proceso, que imita cómo se abren algunas vainas de semillas en la naturaleza, podría desbloquear una serie de nuevos materiales quirales que son 1.000 veces más delgados que un cabello humano, con el potencial de mejorar el diseño de dispositivos ópticos, electrónicos y mecánicos. /P>
Las formas quirales son estructuras que no se pueden superponer a su imagen especular, de la misma manera que su mano izquierda es una imagen especular de su mano derecha, pero no puede encajar perfectamente encima de ella.
La curvatura espontánea inducida por moléculas diminutas se puede utilizar para cambiar la forma de nanocristales delgados, influenciada por el ancho, el grosor y la simetría del cristal.
La investigación, publicada en las Proceedings of the National Academy of Sciences , fue realizado por miembros del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) de Francia, junto con sus colegas del Centro de Excelencia ARC en Ciencias de Exciton, con sede en la Universidad de Sydney.
Imagine un trozo de papel que, cuando se sumerge en una solución, se retuerce o se curva formando una espiral sin ninguna fuerza externa. Esto es similar a lo que sucede a nanoescala con ciertos materiales delgados.
Los investigadores han descubierto que cuando ciertos tipos de nanoplaquetas semiconductoras (cristales planos extremadamente delgados) se recubren con una capa de moléculas orgánicas llamadas ligandos, se curvan en formas complejas, incluidos tubos, giros y hélices. Esta transformación está impulsada por las diferentes fuerzas que los ligandos aplican a las superficies superior e inferior de las nanoplaquetas.
La importancia de este hallazgo radica en la capacidad de predecir y controlar la forma de estas nanoplaquetas mediante la comprensión de la interacción entre los ligandos y la superficie de las nanoplaquetas.
La inspiración para esta investigación surge de la observación de fenómenos naturales en los que prevalecen estructuras helicoidales, desde el ADN de nuestras células hasta la torsión espontánea de las vainas de las semillas. Estas estructuras poseen propiedades únicas que son muy deseables en la ciencia de materiales por sus posibles aplicaciones en mecánica, electrónica y óptica.
Las nanoplaquetas, con su capacidad para formar estructuras helicoidales y sus excepcionales propiedades ópticas debido al confinamiento cuántico, destacan como un excelente candidato para crear nuevos materiales con características específicas. Estos podrían incluir materiales que reflejan selectivamente la luz, conducen la electricidad de formas novedosas o tienen propiedades mecánicas únicas.
Las implicaciones de esta investigación son considerables. Al proporcionar un marco para comprender y controlar la forma de las nanoplaquetas, los científicos tienen una nueva herramienta para diseñar materiales con propiedades ajustadas con precisión para su uso en tecnologías que van desde la electrónica avanzada hasta materiales inteligentes y con capacidad de respuesta.
Por ejemplo, se podrían diseñar nanoplaquetas para que cambien de forma en respuesta a las condiciones ambientales, como la temperatura o la luz, allanando el camino para materiales que se adapten y respondan a su entorno. Esto podría conducir a avances en la creación de sensores más eficientes.
Además, el estudio insinúa la posibilidad de crear materiales que puedan cambiar entre diferentes formas con un aporte mínimo de energía, una característica que podría explotarse en el desarrollo de nuevas formas de actuadores o interruptores a nanoescala.
Más información: Debora Monego et al, Las curvaturas incompatibles inducidas por ligandos controlan el polimorfismo y la quiralidad de las nanoplaquetas ultrafinas, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2024). DOI:10.1073/pnas.2316299121
Proporcionado por el Centro de Excelencia ARC en Ciencia Exciton
