Científicos de la Universidad Friedrich Schiller de Jena y de la Universidad Friedrich Alexander de Erlangen-Núremberg, ambas alemanas, han desarrollado con éxito nanomateriales utilizando el llamado enfoque ascendente. Como se informa en la revista ACS Nano , aprovechan el hecho de que los cristales a menudo crecen en una dirección específica durante la cristalización. Estas nanoestructuras resultantes podrían usarse en diversas aplicaciones tecnológicas.
"Nuestras estructuras podrían describirse como varillas con forma de gusano y decoradas", explica el profesor Felix Schacher. "En estas barras se encuentran nanopartículas esféricas; en nuestro caso se trata de sílice. Sin embargo, en lugar de sílice también se podrían utilizar nanopartículas conductoras o semiconductores, o incluso mezclas, que con nuestro método se pueden distribuir selectivamente en los nanocristales", señala añade. En consecuencia, el abanico de posibles aplicaciones en ciencia y tecnología es amplio y abarca desde el procesamiento de información hasta la catálisis.
"El objetivo principal de este trabajo era comprender el método de preparación como tal", explica el químico. Para producir nanoestructuras, explica, existen dos enfoques diferentes:las partículas más grandes se muelen hasta alcanzar un tamaño nanométrico, o las estructuras se construyen a partir de componentes más pequeños.
"Queríamos comprender y controlar este proceso de construcción", describe Schacher. Para ello, el equipo utilizó partículas individuales de dióxido de silicio, conocidas como sílice, y moléculas de polímero en forma de cadena injertadas como una especie de capa.
"Podríamos imaginarlo como los pelos de una esfera", explica el científico. Y añade:"Estos pelos están hechos de un material llamado 'poli-(isopropil-oxazolina)'. Esta sustancia cristaliza cuando se calienta. Y esa es la idea de nuestro método:los cristales casi nunca crecen en todas las direcciones simultáneamente, sino que prefieren una dirección particular. Esto se conoce como anisotropía. Así pudimos hacer crecer nuestras nanoestructuras deliberadamente".
Durante este proceso, el equipo descubrió un fenómeno intrigante. "Para que el polímero cristalice, se necesitan pequeñas cantidades que no están unidas a la superficie de una partícula, sino que están presentes libremente en la solución de reacción, actuando como una especie de pegamento. Descubrimos que las cantidades requeridas son tan pequeñas que apenas son detectables . Pero son necesarios", añade.
Schacher está particularmente entusiasmado con la colaboración única que hizo posible esta investigación. "Sin la excelente cooperación con el Prof. Michael Engel de la Universidad de Erlangen, este trabajo no habría sido posible", subraya el científico de Jena.
"Con la ayuda de simulaciones por computadora que representaban el comportamiento en múltiples escalas, pudimos resolver de manera intrincada los complejos procesos moleculares que subyacen a la formación de las nanoestructuras. Este fue un desafío apasionante", añade Engel.
Ambos científicos concluyen:"Tuvimos la oportunidad de participar juntos en un programa del Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) de la Universidad de California en Santa Bárbara a principios de este año. Durante este taller, escribimos conjuntamente este manuscrito. Los experimentos subyacentes Por supuesto, se había realizado previamente, en parte en el marco del centro de investigación colaborativo TRR 234 'CataLight' financiado por la Fundación Alemana de Investigación, pero el ambiente inspirador del taller nos dio el impulso necesario para completar el trabajo."
Más información: Afshin Nabiyan et al, Autoensamblaje de nanopartículas híbridas núcleo-cubierta mediante cristalización direccional de polímeros injertados, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c05461
Información de la revista: ACS Nano
Proporcionado por Friedrich-Schiller-Universität Jena
