Para crear catalizadores, membranas de detección y separación y dispositivos de almacenamiento de energía más eficientes, los científicos a menudo comienzan con partículas que contienen pequeños canales de poros. Los defectos entre las partículas pueden dificultar el rendimiento. En el Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste, un equipo creó un método de un solo recipienteque produce pirámides microscópicas complejas y bien estructuradas. Este enfoque ofrece control sobre el crecimiento tridimensional del material similar al que se ve en la naturaleza, un punto de referencia vital para la síntesis del material.
"Es relativamente fácil cultivar capas delgadas de material", dijo la Dra. Maria Sushko, científica de materiales de PNNL que trabajó en el estudio. "Ahora, podemos cultivar cristales tridimensionales compatibles que tienen una estructura ordenada más grande en el interiortambién - un cristal dentro de un cristal "
Los materiales de almacenamiento de energía que son más eficientes podrían ser la forma en que usamos energía renovable. Catalizadores, sensores y separadores más eficientes que duran más y trabajan más duro podrían reducir las demandas de energía y los desechos de las plantas de fabricación y las refinerías. Estas tecnologías requieren materiales innovadores,y la técnica del equipo ofrece una nueva forma de crearlos. Ahora, los científicos pueden desarrollar estructuras tridimensionales bien definidas en una superficie en un solo paso. Cultivar un material directamente en la superficie elimina los pasos para probar nuevas ideas para electrodos o catalizadores.
En los términos más simples, el enfoque del equipo aprovecha una relación entre el orden atómico de un sustrato de silicio, la estructura de la plantilla orgánica y la estructura atómica del silicato de sodio. Cuando las moléculas orgánicas y un precursor de silicato de sodio se combinan en las proporciones correctasy la solución se calienta en presencia de la superficie de silicio, el sustrato de silicio dirige el autoensamblaje de la plantilla a lo largo de una dirección cristalográfica específica.La plantilla dirige la formación de silicato de sodio a lo largo de la misma dirección cristalográfica del sustrato, asegurando una red casi perfectacoincidencia entre silicio y silicato de sodio.
Después de una serie de transformaciones, la plantilla orgánica forma una matriz de micelas esféricas bien definidas de varios nanómetros de diámetro. Las micelas se disponen en una red cúbica y se encapsulan en silicato de sodio. El resultado es una matriz de pirámides porosas ordenadas orientadas conuna red cúbica de poros bien definida, confirmada por microscopios electrónicos en el EMSL del Departamento de Energía de EE. UU. DOE, una instalación de usuarios científicos.
En la naturaleza, las proteínas dirigen el crecimiento de estructuras complejas, como conchas, hueso y esmalte dental. El novedoso enfoque del equipo proporciona un control preciso sobre la arquitectura de los materiales similar a la observada en la naturaleza. Los científicos pueden variar la estructura y el tamaño de las partículasSu sistema crea diferentes estructuras, con diferentes tamaños y composiciones, según sea necesario. Este nivel de control en el laboratorio es un punto de referencia significativo para la síntesis de materiales.
La técnica del equipo es una adición importante a los métodos para sintetizar estructuras tridimensionales compatibles. El equipo está explorando formas de expandir esta técnica más allá del silicato de sodio a otros materiales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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