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Una nueva forma de dar forma a nanopartículas metálicas con un campo magnético

Una nueva forma de dar forma a nanopartículas metálicas con un campo magnético

Dar forma a nanopartículas metálicas con un campo magnético

Como dar forma a nanopartículas metálicas con un campo magnético. Estamos constantemente inmerso en campos magnéticos. La Tierra produce un campo que nos envuelve. Las tostadoras, los microondas y todos nuestros demás electrodomésticos producen sus propios débiles. Todos estos campos son lo suficientemente débiles como para no sentirlos. Pero en la nanoescala, donde todo es tan pequeño como unos pocos átomos, los campos magnéticos pueden reinar de forma suprema.

En un nuevo estudio publicado en el Revista de letras de química física En abril, los científicos de UC Riverside aprovecharon este fenómeno al sumergir un vapor de metal en un campo magnético y luego observaron cómo ensamblaba gotitas de metal fundido en nanopartículas de forma predecible. Su trabajo podría facilitar la construcción de las partículas exactas que los ingenieros desean, para usos en casi cualquier cosa.

Las nanopartículas de metal son más pequeñas que una diez millonésima de pulgada, o solo un poco más grandes que el ancho del ADN. Se utilizan para fabricar sensores, dispositivos de imágenes médicas, componentes electrónicos y materiales que aceleran las reacciones químicas. Se pueden suspender en líquidos, como las pinturas que los usan para prevenir el crecimiento de microorganismos o en algunos protectores solares para aumentar su SPF.

Aunque no podemos notarlos, están esencialmente en todas partes, dice Michael Zachariah, profesor de ingeniería química y ciencia de los materiales en UC Riverside y coautor del estudio. “La gente no lo ve de esta manera, pero el neumático de su automóvil es un dispositivo de nanotecnología de muy alta ingeniería”, dice. «El diez por ciento de la llanta de su automóvil tiene estas nanopartículas de carbono para aumentar el rendimiento de desgaste y la resistencia mecánica de la llanta».

La forma de una nanopartícula, si es redonda y grumosa o delgada y fibrosa, es lo que determina su efecto cuando se incrusta en un material o se agrega a una reacción química. Las nanopartículas no tienen una forma única; los científicos tienen que diseñarlos para que coincidan con precisión con la aplicación que tienen en mente.

Los ingenieros de materiales pueden usar procesos químicos para formar estas formas, pero existe una compensación, dice Panagiotis Grammatikopoulos, un ingeniero de la Unidad de Nanopartículas por Diseño en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa, que no participó en este estudio. Las técnicas químicas permiten un buen control sobre la forma, pero requieren sumergir átomos de metal en soluciones y agregar químicos que afectan la pureza de las nanopartículas. Una alternativa es la vaporización, en la que los metales se convierten en pequeñas gotas flotantes que pueden colisionar y combinarse. Pero, dice, la dificultad radica en dirigir su movimiento. “Se trata de cómo se puede lograr el mismo tipo de control que la gente tiene con los métodos químicos”, dice.

Controlar las partículas metálicas vaporizadas es un desafío, concuerda Pankaj Ghildiyal, estudiante de doctorado en el laboratorio de Zachariah y autor principal del estudio. Cuando las nanopartículas se ensamblan a partir de metales vaporizados, dice, su forma está dictada por las fuerzas brownianas, o aquellas asociadas con el movimiento aleatorio. Cuando solo las fuerzas brownianas tienen el control, las gotitas de metal se comportan como un grupo de niños en un patio de recreo; cada uno se mueve al azar. Pero el equipo de UC Riverside quería ver si bajo la influencia de un campo magnético se comportarían más como bailarines, siguiendo la misma coreografía para lograr formas predecibles.

El equipo comenzó colocando un metal sólido dentro de un dispositivo llamado bobina electromagnética que produce fuertes campos magnéticos. El metal se derritió, se convirtió en vapor y luego comenzó a levitar, sostenido en alto por el campo. Luego, las gotas calientes comenzaron a combinarse, como si cada una estuviera agarrando a una pareja de baile. Pero en este caso, el campo magnético de la bobina dirigió la coreografía, haciendo que todas se alinearan de manera ordenada, determinando a qué manos de la pareja podía agarrarse cada gota.

El equipo descubrió que los diferentes tipos de metales tendían a formar diferentes formas en función de sus interacciones específicas con el campo. Los metales magnéticos como el hierro y el níquel formaron estructuras fibrosas en forma de líneas. Las gotas de cobre, que no son magnéticas, formaron nanopartículas más gruesas y compactas. Fundamentalmente, el campo magnético hizo que las dos formas fueran predeciblemente diferentes, según el tipo de metal, en lugar de que todas se convirtieran en el mismo tipo de globo aleatorio.