Los científicos del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. Y sus colaboradores de la Universidad Estatal de Iowa han desarrollado un nuevo enfoque para generar sólidos heteroestructurados en capas, difíciles de combinar. Los materiales heteroestructurados, compuestos por capas de bloques de construcción diferentes, muestran un transporte electrónico únicoy propiedades magnéticas que se rigen por las interacciones cuánticas entre sus bloques de construcción estructuralmente diferentes, y abren nuevas vías para aplicaciones electrónicas y de energía.
La técnica para hacerlos es simple y contraintuitiva: implica romper los materiales prístinos para construir otros nuevos. Llamada mecanoquímica, la técnica utiliza molienda de bolas para separar sólidos estructuralmente inconmensurables, aquellos que no tienen arreglos atómicos coincidentes- y volver a ensamblarlos en conjuntos heterogéneos "inadaptados" tridimensionales 3D únicos. Unir las cosas por fresado parece ser la forma menos plausible de lograr un orden atómico, pero resultó ser más exitoso de lo que los científicos mismos imaginaron.
"Un colega mío comentó que nuestras ideas serían ingenuas o brillantes", dijo Viktor Balema, científico sénior del Laboratorio Ames. "Hace algún tiempo descubrimos la reorganización estocástica de dichoslcogenuros metálicos en capas en heteroconjuntos 3D durante la mecánicafresado. Nos sorprendió por completo y despertó nuestra curiosidad sobre la posibilidad de realizar un pedido atómico a través del procesamiento mecanoquímico ".
Los calcogenuros metálicos son a menudo únicos en sus propiedades y usos. Pueden mostrar comportamientos notables de transporte de electrones que van desde la falta total de conductividad eléctrica hasta la superconductividad, propiedades fotoeléctricas y termoeléctricas, flexibilidad mecánica y, especialmente, la capacidad de formar bidimensionales establesmonocapas, heteroestructuras tridimensionales y otros materiales cuánticos nanoescalados.
"Las nanoestructuras de compuestos en capas inadaptados MLC en forma de nanotubos, nanofilms ferecristales y láminas exfoliadas se han investigado durante más de una década y ofrecen un amplio campo de investigación y posiblemente también aplicaciones interesantes en energía renovable, catálisis y optoelectrónica, dijo Reshef Tenne, del Instituto de Ciencia Weizmann, Israel, y un experto en síntesis de nanoestructuras. "Un obstáculo para su aplicación a gran escala es la alta temperatura y los largos procesos de crecimiento, que son prohibitivos para aplicaciones a gran escala. El proceso mecanoquímico desarrolladopor el grupo Balema en Ames Lab, además de ser estimulante científicamente, nos acerca un paso más para realizar aplicaciones prácticas para estos materiales intrigantes ".
Por lo general, estos materiales complejos, especialmente aquellos con las estructuras y propiedades más inusuales, se hacen usando dos enfoques sintéticos diferentes. El primero, conocido como síntesis de arriba hacia abajo, emplea bloques de construcción bidimensionales 2D para ensamblarlos, usandotécnicas de fabricación aditiva. El segundo enfoque, ampliamente definido como síntesis de abajo hacia arriba, utiliza reacciones químicas escalonadas que involucran elementos puros o moléculas pequeñas que depositan monocapas individuales una encima de la otra. Ambas son meticulosas y tienen otras desventajas, como la escasa escalabilidad para su uso enaplicaciones del mundo real.
El equipo del Laboratorio de Ames combinó estos dos métodos en un proceso mecanoquímico que exfolia, desintegra y recombina simultáneamente los materiales de partida en nuevas heteroestructuras, aunque sus estructuras cristalinas no se ajustan bien entre sí es decir, inadaptadas. Cálculos teóricos DFT, respaldados porLos resultados de la difracción de rayos X, la microscopía electrónica de transmisión de barrido, la espectroscopía Raman, los estudios de transporte de electrones y, por primera vez, los experimentos de resonancia magnética nuclear RMN en estado sólido, explicaron el mecanismo de la reorganización de los materiales precursores y las fuerzas impulsoras.detrás de la formación de nuevas heteroestructuras 3D durante el procesamiento mecánico.
"La espectroscopía de RMN de estado sólido es una técnica ideal para la caracterización de materiales en polvo que se obtienen de la mecanoquímica", dijo Aaron Rossini, científico del Laboratorio Ames y profesor de química en la Universidad Estatal de Iowa. "Al combinar la información obtenida del estado sólidoLa espectroscopía de RMN con otras técnicas de caracterización nos permite obtener una imagen completa de las heteroestructuras 3D ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Ames . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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