En un nuevo y sorprendente estudio, investigadores de la Universidad de Minnesota Twin Cities han descubierto que la radiación del haz de electrones que antes pensaban que degradaba los cristales puede en realidad reparar grietas en estas nanoestructuras.
Este descubrimiento innovador proporciona una nueva vía para crear nanoestructuras cristalinas más perfectas, un proceso que es fundamental para mejorar la eficiencia y la rentabilidad de los materiales que se utilizan en prácticamente todos los dispositivos electrónicos que utilizamos todos los días.
"Durante mucho tiempo, los investigadores que estudiaban nanoestructuras pensaban que cuando pusiéramos los cristales bajo radiación de haz de electrones para estudiarlos, se degradarían", dijo Andre Mkhoyan, profesor de ingeniería química y ciencia de materiales de la Universidad de Minnesota e investigador principal del estudio. . "Lo que demostramos en este estudio es que cuando tomamos un cristal de dióxido de titanio y lo irradiamos con un haz de electrones, las estrechas grietas naturales en realidad se rellenaron y sanaron por sí solas".
Los investigadores se toparon accidentalmente con el descubrimiento cuando utilizaban el microscopio electrónico de última generación de la Universidad de Minnesota para estudiar los cristales por una razón completamente diferente.
"Estaba estudiando las grietas en los cristales bajo el microscopio electrónico y estas grietas seguían llenándose", dijo Silu Guo, Ph.D. en ingeniería química y ciencia de materiales de la Universidad de Minnesota. alumno. "Esto fue inesperado y nuestro equipo se dio cuenta de que tal vez había algo aún más grande que deberíamos estudiar".
En el proceso de autocuración, varios átomos del cristal se movían juntos y se encontraban en el medio y formaban una especie de puente que llenaba la grieta. Por primera vez, los investigadores demostraron que los haces de electrones podrían usarse de manera constructiva para diseñar nuevas nanoestructuras átomo por átomo.
"Ya sean grietas atómicamente agudas u otros tipos de defectos en un cristal, creo que es inherente a los materiales que hemos cultivado, pero es realmente sorprendente ver cómo el grupo del profesor Mkhoyan puede reparar estas grietas usando un haz de electrones", dijo la Universidad de Bharat Jalan, profesor de ingeniería química y ciencia de materiales de Minnesota, colaborador de la investigación.
Los investigadores dicen que el siguiente paso es introducir nuevos factores, como cambiar las condiciones del haz de electrones o cambiar la temperatura del cristal, para encontrar una manera de mejorar o acelerar el proceso.
"Primero lo descubrimos, ahora queremos encontrar más formas de diseñar el proceso", afirmó Mkhoyan.
Además de Mkhoyan, Guo y Jalan, el equipo de investigación incluyó al doctorado en Ingeniería Química y Ciencias de Materiales de la Universidad de Minnesota. el estudiante Sreejith Nair y el ex estudiante de posgrado Hwanhui Yun.
La investigación, "Reparación de grietas átomo por átomo en rutilo TiO2 con radiólisis por haz de electrones", se publica en la revista Nature Communications .
Más información: Silu Guo et al, Reparación de grietas átomo por átomo en rutilo TiO2 con radiólisis por haz de electrones, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41781-x
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Minnesota
