Un equipo dirigido por científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de los EE. UU. Berkeley Lab encontró una manera de hacer que un estado similar a un líquido se comporte más como un sólido y luego revertir el proceso.
Ponen una gota de un líquido que contiene nanocristales de óxido de hierro en un líquido aceitoso que contiene pequeñas cadenas de polímeros.
Descubrieron que un aditivo químico en la gota puede competir con el polímero, como un pequeño tirón de guerra, en nanopartículas en la intersección de los líquidos.
Pudieron provocar que las nanopartículas ensambladas aquí se atascaran, haciéndolo actuar como un sólido, y luego se desatascaran y volvieran a un estado líquido por la acción competitiva de empuje-tirón del polímero y el aditivo.
"La capacidad de moverse entre estos estados bloqueados y no bloqueados tiene implicaciones para el desarrollo de productos electrónicos totalmente líquidos y para interactuar con las células y controlar las funciones celulares", dijo Tom Russell, de la División de Ciencias de los Materiales de Berkeley Lab, quien dirigió el estudio junto conBrett Helms, científico del personal de la fundición molecular de Berkeley Lab. La fundición molecular es una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE que se especializa en la investigación en nanociencia.
"Pudimos ver cómo estas gotas experimentaban estas transformaciones de fase en tiempo real", dijo Helms. "Ver para creer. Estamos analizando las propiedades mecánicas de un líquido 2D y un sólido 2D". Los resultados se publicaron en línea en agosto. 3 en Avances científicos .
Observaron este movimiento entre los dos estados simplemente observando los cambios en la forma de la gota. Los cambios proporcionan información sobre la tensión en la superficie de la gota, como observar la superficie de un globo inflado o desinflado.
Utilizaron un microscopio de fuerza atómica, que funciona como una pequeña aguja de tocadiscos para moverse sobre la superficie de la gota y medir sus propiedades mecánicas.
El último estudio se basa en investigaciones anteriores de Russell y Helms, investigadores visitantes y otros en la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab y en la Fundición Molecular para esculpir estructuras 3D complejas y completamente líquidas mediante la inyección de hilos de agua en aceite de silicona.
Si bien el cambio de estados líquidos a sólidos generalmente implica cambios de temperatura, en este último estudio, los investigadores introdujeron un compuesto químico conocido como ligando que se une a la superficie de las nanopartículas de manera precisa.
"Demostramos no solo que podíamos tomar estos materiales 2D y someternos a esta transición de un sólido a un líquido, sino también controlar la velocidad a la que esto sucede mediante el uso de un ligando a una concentración definida", dijo Helms.
A concentraciones más altas de ligando, el ensamblaje de nanocristales se relajó más rápidamente de un estado bloqueado a un estado no bloqueado.
Los investigadores también descubrieron que podían manipular las propiedades de las gotas líquidas en la solución de aceite aplicando un campo magnético; el campo puede deformar la gota al atraer los nanocristales que contienen hierro, por ejemplo, y cambiar la tensión en la superficiede las gotitas.
Encontrar nuevas formas de controlar tales sistemas totalmente líquidos podría ser útil para interactuar con los sistemas vivos, dijo Helms, como las células o las bacterias.
"Esencialmente, podría tener la capacidad de comunicarse con ellos: moverlos a donde quiera que vayan o mover electrones o iones hacia ellos", dijo Russell. "Poder acceder a esto mediante entradas simples es el valor de esto"
El estudio también es valioso para mostrar propiedades químicas y mecánicas fundamentales de los propios nanocristales.
Helms señaló que la simplicidad del último estudio debería ayudar a otros a aprender y construir sobre la investigación. "No usamos nada complicado aquí. Nuestro objetivo es mostrar que cualquiera puede hacer esto. Proporciona una visión inteligente sobre la nanoquímicaen las interfaces. También nos muestra que los sistemas químicos pueden diseñarse con estructuras y propiedades personalizadas tanto en el dominio del tiempo como en el dominio espacial ".
La investigación futura podría centrarse en cómo miniaturizar las estructuras líquidas para aplicaciones biológicas o para aplicaciones de energía en materiales 2D, anotó Russell.
"La belleza en este trabajo es la manipulación de elementos a nanoescala, de un tamaño de mil millonésimas de pulgada, en construcciones más grandes que responden y se adaptan a su entorno o a desencadenantes específicos", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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