Utilizando una química sencilla y una estrategia modular de mezclar y combinar, los investigadores han desarrollado un enfoque simple que podría producir más de 65,000 tipos diferentes de nanopartículas complejas, cada una de las cuales contiene hasta seis materiales diferentes y ocho segmentos, con interfaces que podrían explotarseen aplicaciones eléctricas u ópticas. Estas nanopartículas en forma de varilla miden aproximadamente 55 nanómetros de largo y 20 nanómetros de ancho en comparación, un cabello humano tiene aproximadamente 100.000 nanómetros de grosor y muchas se consideran entre las más complejas jamás fabricadas.
Un artículo que describe la investigación, de un equipo de químicos de Penn State, aparece el 24 de enero de 2020 en la revista ciencia .
"Hay mucho interés en el mundo de la nanociencia en la fabricación de nanopartículas que combinan varios materiales diferentes: semiconductores, catalizadores, imanes, materiales electrónicos", dijo Raymond E. Schaak, profesor de Química de Materiales de DuPont en Penn State ylíder del equipo de investigación. "Puede pensar en tener diferentes semiconductores conectados entre sí para controlar cómo se mueven los electrones a través de un material, o en organizar los materiales de diferentes formas para modificar sus propiedades ópticas, catalíticas o magnéticas. Podemos usar computadoras y conocimientos químicos parapredecir mucho de esto, pero el cuello de botella ha estado en la producción de partículas, especialmente a una escala lo suficientemente grande como para que realmente puedas usarlas ".
El equipo comienza con nanovarillas simples compuestas de cobre y azufre. Luego, reemplazan secuencialmente parte del cobre con otros metales mediante un proceso llamado "intercambio catiónico". Al alterar las condiciones de reacción, pueden controlar en qué parte de la nanovarilla se encuentra el cobrereemplazados: en un extremo de la varilla, en ambos extremos simultáneamente o en el medio. Luego pueden repetir el proceso con otros metales, que también se pueden colocar en ubicaciones precisas dentro de las nanovarillas. Realizando hasta siete reacciones secuenciales convarios metales diferentes, pueden crear un verdadero arco iris de partículas: son posibles más de 65.000 combinaciones diferentes de materiales de sulfuro metálico
"La verdadera belleza de nuestro método es su simplicidad", dijo Benjamin C. Steimle, un estudiante de posgrado en Penn State y el primer autor del artículo. "Solía llevar meses o años fabricar incluso un tipo de nanopartícula quecontiene varios materiales diferentes. Hace dos años estábamos realmente emocionados de poder hacer 47 nanopartículas de sulfuro de metal diferentes utilizando una versión anterior de este enfoque. Ahora que hemos hecho algunos avances nuevos e importantes y hemos aprendido más sobre estos sistemas, podemos avanzar muchomás allá de lo que nadie ha podido hacer antes. Ahora podemos producir nanopartículas con una complejidad previamente inimaginable simplemente controlando la temperatura y la concentración, todo utilizando material de vidrio de laboratorio estándar y principios cubiertos en un curso de introducción a la química ".
"El otro aspecto realmente interesante de este trabajo es que es racional y escalable", dijo Schaak. "Debido a que entendemos cómo funciona todo, podemos identificar una nanopartícula altamente compleja, planificar una forma de hacerla y luego iren el laboratorio y, de hecho, hacerlo con bastante facilidad. Y estas partículas se pueden producir en cantidades que sean útiles. En principio, ahora podemos hacer lo que queramos y tanto como queramos. Aún existen limitaciones, por supuesto,No puedo esperar hasta que podamos hacer esto con más tipos de materiales, pero incluso con lo que tenemos ahora, cambia la forma en que pensamos sobre lo que es posible hacer ".
La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Penn State . Original escrito por Sam Sholtis. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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