15.02.2021 - National Institute of Standards and Technology (NIST)

Un gel de nanopartículas une el aceite y el agua en un método fácil de fabricar

Un novedoso método de creación de gel podría abrirse paso en la filtración de agua y otras aplicaciones

Puede que el aceite y el agua no se mezclen, pero si se añaden las nanopartículas adecuadas a la receta se pueden convertir estos dos fluidos inmiscibles en un gel exótico con usos que van desde las baterías hasta los filtros de agua o las ventanas inteligentes que cambian de color. Un nuevo enfoque para crear esta inusual clase de materiales blandos podría sacarlos del laboratorio y llevarlos al mercado.

Científicos del Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST) y de la Universidad de Delaware han encontrado lo que parece ser una mejor manera de crear estos geles, que han sido un área de intensa investigación durante más de una década. Parte de su potencial utilidad es el complejo conjunto de canales microscópicos interconectados que se forman en ellos, creando una estructura similar a la de un esponja. Estos canales no sólo ofrecen vías de paso para otros materiales, lo que los hace útiles para la filtración, sino que también dan al gel una gran superficie interna, una característica valiosa para acelerar las reacciones químicas o como andamiaje en el que pueden crecer tejidos vivos.

Aunque estas y otras ventajas hacen pensar que los innovadores de los geles han dado en el clavo, sus creaciones aún no se han mezclado bien con el mercado. Los geles suelen estar formados por dos disolventes líquidos mezclados. Como ocurre con el aceite y el agua, estos disolventes no se mezclan bien, pero para evitar que se separen por completo, los investigadores añaden nanopartículas diseñadas a medida que pueden permanecer en la interfaz entre ellos. La cocción cuidadosa de estos ingredientes permite la formación de un gel cohesivo. Sin embargo, el proceso es exigente porque el diseño de las nanopartículas a medida para cada aplicación ha sido difícil, y la formación de los geles ha requerido un cambio rápido de temperatura cuidadosamente controlado. Estas limitaciones han dificultado la creación de este tipo de gel en algo más que pequeñas cantidades adecuadas para experimentos de laboratorio y no a escala industrial.

Como se describe en un nuevo artículo de Nature Communications, el equipo del NIST/Delaware ha encontrado la forma de evitar muchos de estos problemas. Su novedoso enfoque forma lo que los investigadores denominan "SeedGel", una abreviatura de "gel impulsado por la segregación de disolventes". En lugar de diseñar las nanopartículas para que permanezcan en la interfaz entre los dos disolventes, las partículas que han elegido se concentran en uno de ellos. Aunque estas partículas tienden a repelerse entre sí, la afinidad de las partículas hacia uno de los disolventes es más fuerte y las mantiene juntas en el canal. Utilizando herramientas de dispersión de neutrones en el Centro de Investigación de Neutrones del NIST (NCNR), el equipo demostró sin lugar a dudas que había conseguido concentrar las nanopartículas donde quería.

El gel resultante podría ser mucho más fácil de crear, ya que sus dos disolventes son esencialmente aceite y agua, y sus nanopartículas son dióxido de silicio, esencialmente pequeñas esferas de cuarzo común. También podría tener una gran variedad de usos industriales.

"Nuestro SeedGel tiene una gran resistencia mecánica, es mucho más fácil de fabricar y el proceso se puede adaptar a las necesidades de los fabricantes", explica Yun Liu, científico del NCNR y profesor titular de la Universidad de Delaware. "Además, es termo-reversible".

Esta reversibilidad se refiere a una propiedad óptica que posee el SeedGel terminado: Puede pasar de transparente a opaco y viceversa, simplemente cambiando su temperatura. Esta propiedad podría aprovecharse en ventanas inteligentes que intercalen una fina capa de gel entre dos cristales.

"Esta propiedad óptica podría hacer que el SeedGel fuera útil también en otras aplicaciones sensibles a la luz", dijo Yuyin Xi, un investigador de la Universidad de Delaware que también trabaja en el NCNR. "Podrían ser útiles en sensores".

Dado que el método de creación de geles del equipo podría utilizarse con otras combinaciones de disolventes y nanopartículas, podría ser útil en filtros para la purificación del agua y posiblemente en otros procesos de filtración, dependiendo del tipo de nanopartículas que se utilicen.

Liu también dijo que el enfoque de creación permite ajustar el tamaño de los canales dentro del gel cambiando la velocidad a la que cambia la temperatura durante el proceso de formación, lo que ofrece a los diseñadores de aplicaciones otro grado de libertad para explorar.

"El nuestro es un enfoque genérico que sirve para muchas nanopartículas y disolventes diferentes", dijo. "Amplía enormemente las aplicaciones de este tipo de geles".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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