Nanopartículas impresas en 3D que cambian de forma en un instante

Ingenieros de materiales de la Universidad de Stanford han impreso en 3D decenas de miles de nanopartículas difíciles de fabricar durante mucho tiempo para producir nuevos materiales prometedores

En nanomateriales, la forma es el destino. Es decir, la geometría de la partícula en el material define las características físicas del material resultante.

Un cristal hecho de rodamientos de nanobola se arreglará de manera diferente a un cristal hecho de nano-dice y estos arreglos producirán propiedades físicas muy diferentes, dijo Wendy Gu, profesora asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de Stanford, presentando su último trabajo que aparece en la revista Nature Communications. Usamos una técnica de nanoimpresión 3D para producir una de las formas más prometedoras conocidas. Son tetraedros a escala de micron con las puntas cortadas.

En el trabajo, Gu y sus coautores describen cómo nanoimprimieron decenas de miles de estas desafiantes nanopartículas, las conmovieron en una solución, y luego vieron cómo se autoensambían en varias estructuras cristalinas prometedoras. Más críticamente, estos materiales pueden cambiar entre estados en minutos simplemente reorganizando las partículas en nuevos patrones geométricos.

Esta capacidad de cambiar de “fases”, ya que los ingenieros de materiales se refieren a la calidad de cambio de forma, es similar a la reordenación atómica que convierte el hierro en acero templado, o en materiales que permiten a las computadoras almacenar terabytes de datos valiosos en forma digital.

Si podemos aprender a controlar estos cambios de fase en materiales hechos de estos tetraedros trucados de Archimedean podría conducir en muchas direcciones de ingeniería prometedoras, dijo.

Presiva esquiva

Los tetraedros truncados de archivo (ATTs) han sido teorizados durante mucho tiempo para estar entre los más deseables de las geometrías para producir materiales que pueden cambiar fácilmente de fase, pero hasta hace poco eran difíciles de fabricar ” predicho en simulaciones por computadora pero difíciles de reproducir en el mundo real.

Gu se apresura a señalar que su equipo no es el primero en producir tetraedros trucados de nanoescala Archimedean en cantidad, pero están entre los primeros, si no los primeros, en utilizar nanoimpresión 3D para hacerlo.

Con la nanoimpresión 3D, podemos hacer casi cualquier forma que queramos. Podemos controlar la forma de las partículas con mucho cuidado, explicó Gu. Esta forma en particular ha sido predicha por simulaciones para formar estructuras muy interesantes. Cuando puedes empacarlos juntos de varias maneras producen valiosas propiedades físicas.

Los ATTs forman al menos dos estructuras geométricas altamente deseables. El primero es un patrón hexagonal en el que los tetraedros descansan planos en el sustrato con sus puntas truncadas apuntando hacia arriba como una cordillera a nanoescala. La segunda es quizás aún más prometedora, dijo Gu. Es una estructura cristalina cuasi-diamante en la que los tetraedros se alternan en orientaciones ascendentes y descendentes, como huevos que descansan en una caja de huevo. El arreglo de diamantes se considera un “Santo Grial en la comunidad de fotónicos) y podría conducir en muchas direcciones científicas nuevas e interesantes.

Lo más importante, sin embargo, cuando se disegen adecuadamente, los materiales futuros hechos de partículas impresas en 3D se pueden reorganizar rápidamente, cambiando fácilmente de ida y vuelta entre fases con la aplicación de un campo magnético, corriente eléctrica, calor u otro método de ingeniería.

Gu dijo que puede imaginar rectas para paneles solares que cambian durante todo el día para maximizar la eficiencia energética, películas hidrofóbicas de nueva edad para alas y ventanas de avión que significan que nunca nieblan o hielo, o nuevos tipos de memoria de la computadora. La lista sigue y sigue.

Ahora mismo, estamos trabajando en hacer estas partículas magnéticas para controlar cómo se comportan, dijo Gu de su última investigación ya en curso usando nanopartículas de tetraedro trucadas de Arquimede de nuevas maneras. Las posibilidades sólo están empezando a ser exploradas.

Fuente: Nanopartículas impresas en 3D que cambian de forma en un instante