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Ciencia & Tec

Un avance prometedor: científicos producen nanocristales hechos de amalgama


Esta técnica nueva y sorprendentemente intuitiva hace posible producir una amplia gama de nanocristales intermetálicos con propiedades personalizadas para diversas aplicaciones.

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Investigadores de ETH Zurich han logrado producir nanocristales hechos de dos metales diferentes mediante un proceso de amalgama mediante el cual un metal líquido penetra en uno sólido.

Esta técnica nueva y sorprendentemente intuitiva hace posible producir una amplia gama de nanocristales intermetálicos con propiedades personalizadas para diversas aplicaciones, según un comunicado de la entidad suiza.

Los nanocristales son esferas de tamaño nanométrico que consisten en átomos dispuestos regularmente. Debido a sus propiedades ventajosas, están aumentando en varias tecnologías. Los nanocristales semiconductores, por ejemplo, se utilizan en pantallas de televisión de nueva generación. Más recientemente, los llamados nanocristales intermetálicos, en los que dos metales diferentes se combinan para formar una red cristalina, se han hecho un nombre ya que prometen aplicaciones mejoradas y únicas. Esas aplicaciones van desde la catálisis hasta el almacenamiento de datos y la medicina.

En teoría, hay decenas de miles de posibles combinaciones de metales que podrían formar tales nanocristales, con un número correspondientemente grande de propiedades materiales diferentes. Hasta ahora, sin embargo, solo ha sido posible hacer nanocristales a partir de unos pocos pares de este tipo.

Un equipo de investigadores de ETH Zurich dirigido por Maksym Yarema y Vanessa Wood en el Instituto de Electrónica ha desarrollado una nueva técnica que, en principio, permite realizar casi todas las combinaciones posibles de nanocristales intermetálicos. Sus resultados se publicaron en la revista científica Science Advances.

«Nuestro método es simple e intuitivo, tan intuitivo, de hecho, que nos sorprendió que nadie hubiera tenido esta idea antes que nosotros», dice Yarema. En los procedimientos convencionales para producir nanocristales hechos de un solo metal, los átomos de metal se introducen en forma molecular, por ejemplo como sales, en una solución en la que se forman los nanocristales. «Teóricamente eso también se puede hacer con dos metales diferentes, pero en la práctica es difícil, o incluso imposible, combinar metales claramente diferentes en el reactor», explica Yarema. Por lo tanto, los científicos de ETH recurrieron a un procedimiento que se ha utilizado durante siglos: la amalgama, un tipo particular de fusión o combinación de metales.

Las amalgamas son especialmente conocidas en odontología, donde se utilizan como material de obturación, y también en la extracción de oro. En ambos casos, se agrega mercurio líquido para disolver otros metales (para empastes dentales, una mezcla de cobre, zinc y plata). Sin embargo, la amalgama también funciona con cualquier otro metal líquido. Además del mercurio, que es líquido incluso a temperatura ambiente, hay varios metales con puntos de fusión relativamente bajos, como el galio (30 grados centígrados), el indio (157 grados) o el estaño (232 grados).

Yarema y sus colegas utilizan el enfoque de fusión a nanoescala. La reacción comienza con la dispersión de nanocristales que contienen un solo metal, por ejemplo, plata. Luego, los átomos del segundo metal, digamos galio, se agregan en forma molecular (en este caso como amidas, un compuesto de carbono, hidrógeno y nitrógeno, con la mezcla calentada a unos 300 grados.

Inicialmente, la alta temperatura hace que los enlaces químicos en la amida de galio se rompan, permitiendo que el galio líquido se acumule en los nanocristales de plata. Ahora, comienza el proceso de fusión real, durante el cual el galio líquido se infiltra en la plata sólida. Con el tiempo se forma una nueva red cristalina, en la que eventualmente se disponen regularmente átomos de plata y galio. Luego, todo se enfría nuevamente, y después de diez minutos los nanocristales están listos. «Nos sorprende lo eficiente que es la fusión a nanoescala. Tener un componente de metal líquido es la clave para una aleación rápida y uniforme dentro de cada nanocristal «, dice Yarema.

Utilizando la misma técnica, los investigadores ya han producido diferentes nanocristales intermetálicos como oro-galio, cobre-galio y paladio-zinc.

Los investigadores anticipan un gran potencial para aplicaciones tecnológicas debido a la controlabilidad exacta de la composición y tamaño de los nanocristales junto con la posibilidad de combinar los metales casi a voluntad. «Debido a que la síntesis de amalgama de nanocristales permite tantas composiciones nuevas, no podemos esperar a verlas trabajar en catálisis mejorada, plasmónicos o baterías de iones de litio», dice Yarema. Los catalizadores hechos de nanocristales, por ejemplo, se pueden adaptar y optimizar con precisión para un proceso químico particular que se supone que deben acelerar.

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