Si bien las nanopartículas suenan como un descubrimiento reciente, estas pequeñas estructuras se han utilizado durante siglos. La famosa copa Lycurgus, hecha por artesanos romanos del siglo IV, presenta vidrio dicroico, con nanopartículas de oro y plata esparcidas por todas partes, produciendo una apariencia verde cuando la luz esbrillando desde el frente, y una apariencia roja cuando se ilumina desde atrás.
En los siglos transcurridos desde la época de los antiguos artesanos, los investigadores han recorrido un largo camino en la comprensión de las nanopartículas. La producción de nanocubos ha sido de particular interés debido a sus posibles aplicaciones como biosensores y sensores de gases. Las nanopartículas se pueden producir utilizando cualquier material físicoo métodos químicos, aunque los métodos físicos son ventajosos debido a la ausencia de contaminantes orgánicos comúnmente introducidos por métodos químicos. Sin embargo, los nanocubos de tamaño uniforme son difíciles de producir en cantidades suficientes por métodos físicos. Investigadores de la Unidad de Diseño de Nanopartículas en el Instituto Okinawa deLa Universidad de Graduados de Ciencia y Tecnología OIST ha descubierto recientemente un nuevo enfoque para superar este problema. Su investigación fue publicada recientemente en Materiales funcionales avanzados .
"La forma del cubo no es la estructura de energía más baja para las nanopartículas de hierro", explica el Dr. Jerome Vernieres, primer autor de la publicación, "por lo tanto, no podríamos confiar en consideraciones de termodinámica de equilibrio para autoensamblar estos nanocubos"., los científicos de OIST, bajo la guía del Prof. Mukhles Sowwan, explotaron las posibilidades que ofrece una técnica llamada condensación de gas inerte por pulverización de magnetrón para crear sus nanocubos de hierro. Con este método, el gas argón se calienta primero y se convierte en plasma ionizadoLuego, un imán, convenientemente ubicado detrás de un objetivo hecho del material deseado, en este caso, hierro, controla la forma del plasma y asegura que los iones de argón bombardean el objetivo, de ahí el nombre de "magnetrón".los átomos de hierro se separan del objetivo, colisionan con los átomos de argón y entre sí, y forman nanopartículas. El control preciso del plasma mediante el control del campo magnético puede producir nanocubos uniformes ". La uniformidad es clave para detectar unaplicacionesNecesitábamos una forma de controlar el tamaño, la forma y el número de nanocubos durante su producción ", explicó el Dr. Stephan Steinhauer.
Para controlar el tamaño y la forma de estos cubos, los investigadores hicieron una observación simple pero significativa: ¡el hierro es magnético por derecho propio! En otras palabras, los investigadores descubrieron que podían explotar el magnetismo intrínseco del objetivo como un innovadorforma de modificar el campo magnético del magnetrón. De esta forma lograron manipular el plasma donde crecen las partículas, y así controlar los tamaños de nanocubos durante la formación. "Esta es la primera vez que se fabrican nanocubos de hierro uniformes utilizando un método físicoeso se puede escalar para la producción en masa ", aclara Vernieres. Para comprender mejor la mecánica de este proceso, el equipo de OIST colaboró con investigadores de la Universidad de Helsinki para hacer cálculos teóricos". El trabajo se basó en gran medida en métodos experimentales y cálculos teóricos.Las simulaciones fueron importantes para explicar los fenómenos que estábamos observando ", aclara el Dr. Panagiotis Grammatikopoulos.
Una vez que los investigadores inventaron una forma de producir estos cubos de hierro uniformes, el siguiente paso fue construir un dispositivo electrónico que pueda utilizar estos nanocubos para aplicaciones de detección ". Notamos que estos cubos eran extremadamente sensibles a los niveles de NO gaseoso 2 . NO 2 la detección se utiliza para una variedad de propósitos diferentes, desde el diagnóstico de pacientes con asma hasta la detección de contaminación ambiental, por lo que vimos de inmediato una aplicación para nuestro trabajo ", afirma Steinhauer. Los investigadores de la Unidad de Nanopartículas por Diseño, en colaboración con investigadores dela Université de Toulouse, luego construyó un prototipo NO 2 sensor que midió el cambio en la resistencia eléctrica de los nanocubos de hierro debido a la exposición al NO 2 gas. Debido a la exposición a incluso una muy pequeña cantidad de NO 2 el sensor basado en nanocubos de hierro es extremadamente sensible y específico ". Estos nanocubos tienen muchos usos potenciales. El hecho de que podamos producir un cambio relativamente grande en la resistencia eléctrica es considerablemente mayor que para otros contaminantes atmosféricos.La cantidad de nanocubos uniformes que utilizan un método de síntesis cada vez más común hace que esta investigación sea muy prometedora para aplicaciones industriales ", enfatizó Vernieres.
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Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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