Si bien los cristales se han estudiado durante siglos y son omnipresentes en la vida cotidiana, están en nuestros huesos, los alimentos que comemos y las baterías que usamos, los científicos aún no entienden completamente cómo crecen los cristales o cómo fabricarlos de manera eficienteComo resultado, los esfuerzos científicos para mejorar una amplia gama de materiales cristalinos, desde biomateriales de autocuración hasta paneles solares, han sido limitados.
Los investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago han desbloqueado parte de este misterio. Mediante el uso de simulaciones por computadora para analizar cómo se mueven los átomos y las moléculas en una solución, el equipo de la UIC ha identificado un mecanismo general que gobierna el crecimiento de los cristales que los científicos pueden manipular cuandodesarrollando nuevos materiales.
Específicamente, descubrieron que cuando las moléculas formadoras de cristales están rodeadas por un solvente, como el agua, las moléculas solventes forman un escudo que llaman capa de solvatación. Cuando este escudo fluctúa, las moléculas pueden liberarse para formar cristales. También mostraronesa temperatura, el tipo de solvente y la cantidad de moléculas de solvente afectan la fluctuación del caparazón.
Sus hallazgos se informan en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
"Por primera vez, hemos demostrado lo que sucede cuando una molécula deja un solvente para formar un cristal", dijo Meenesh Singh, autor principal y profesor asistente de ingeniería química en la Facultad de Ingeniería de la UIC. "En las condiciones adecuadas,el escudo "baila" y permite que las moléculas se liberen y se integren en la superficie del cristal. Las fluctuaciones en la capa de solvatación son eventos moleculares clave que explican cómo se forman los cristales: el conocimiento de este mecanismo ha estado ausente desde el inicio de la investigación de cristalización."
Singh dijo que comprender este mecanismo proporcionará a los científicos una mayor capacidad para dirigir moléculas para formar cristales para una estructura, forma y tamaño específicos. "Esto nos permitirá hacer mejores materiales para una amplia clase de productos utilizados en la vida diaria", dijo.
Algunos ejemplos, dijo, son implantes óseos para promover la biomineralización, mejores sistemas de administración de medicamentos, baterías de litio más estables y semiconductores y químicos agrícolas mejorados.
"La información molecular obtenida de este estudio también ayudará a ahorrar dinero en varias industrias químicas al reducir la necesidad de técnicas acertadas o fallidas en miles de ensayos", dijo Anish Dighe, estudiante de posgrado de la UIC, coautora del artículo ".Con la ayuda de este estudio, ahora podemos diseñar sistemas que puedan cristalizar la molécula de soluto deseada sin tantos ensayos ".
Este estudio está financiado en parte por la National Science Foundation CBET-1706921.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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