Consejos para hacer nanotecnología
Una nueva y eficiente forma de crear nanografía para dispositivos de energía y visualización
La nanotecnología es un material que se prevé que mejore radicalmente las células solares, las células de combustible, los LED y más. Típicamente la síntesis de este material ha sido imprecisa y difícil de controlar. Por primera vez, los investigadores han descubierto una forma sencilla de obtener un control preciso sobre la fabricación de la nanografía. Al hacerlo, han arrojado luz sobre los procesos químicos, antes poco claros, que intervienen en la producción de la nanografía.
La sonda de cobre puede manipular la materia a escala atómica.
© 2020 Shiotari et al.
Probablemente han oído hablar del grafeno, láminas de un solo átomo de grosor de moléculas de carbono, que se supone que revolucionarán la tecnología. Las unidades de grafeno se conocen como nanotecnología; éstas se adaptan a funciones específicas y, como tales, su proceso de fabricación es más complicado que el del grafeno genérico. El grafeno se fabrica eliminando selectivamente átomos de hidrógeno de las moléculas orgánicas de carbono e hidrógeno, un proceso llamado deshidrogenación.
"La deshidrogenación tiene lugar en una superficie metálica como la de la plata, el oro o el cobre, que actúa como catalizador, un material que permite o acelera una reacción", dijo el profesor adjunto Akitoshi Shiotari del Departamento de Ciencia de Materiales Avanzados. "Sin embargo, esta superficie es grande en relación con las moléculas orgánicas objetivo. Esto contribuye a la dificultad de crear formaciones nanogénicas específicas. Necesitábamos una mejor comprensión del proceso catalítico y una forma más precisa de controlarlo".
Shiotari y su equipo, a través de la exploración de varias formas de realizar la síntesis de nanografías, llegaron a un método que ofrece el control preciso necesario y es también muy eficiente. Utilizaron un tipo de microscopio especializado llamado microscopio de fuerza atómica (AFM), que mide los detalles de las moléculas con una sonda nanoscópica de tipo aguja. Esta sonda puede utilizarse no sólo para detectar ciertas características de los átomos individuales, sino también para manipularlos.
"Descubrimos que la sonda metálica del AFM podía romper los enlaces carbono-hidrógeno en las moléculas orgánicas", dijo Shiotari. "Podía hacerlo con mucha precisión dado que su punta es tan diminuta, y podía romper los enlaces sin necesidad de energía térmica. Esto significa que ahora podemos fabricar componentes de nanotecnología de una manera más controlada que nunca antes."
Para verificar lo que estaban viendo, el equipo repitió el proceso con una variedad de compuestos orgánicos, en particular dos moléculas con estructuras muy diferentes llamadas benzonoides y no benzonoides. Esto demuestra que la sonda AFM en cuestión es capaz de extraer átomos de hidrógeno de diferentes tipos de materiales. Este detalle es importante si este método se va a convertir en un medio de producción comercial.
"Preveo que esta técnica podría ser la última forma de crear nanomoléculas funcionales de abajo hacia arriba", dijo Shiotari. "Podemos usar un AFM para aplicar otros estímulos a las moléculas objetivo, como la inyección de electrones, campos electrónicos o fuerzas de repulsión. Es emocionante poder ver, controlar y manipular estructuras a una escala tan increíblemente minúscula".
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