Más que una imagen bonita, el nanomaterial en forma de estrella cambia el almacenamiento de energía
El hidróxido de vanadilo se comporta más como un pseudocondensador que como una pila cuando se forma como una estructura en forma de estrella
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Cuando se crean a nanoescala, los materiales pueden tener formas de estrellas, barras o incluso pirámides. Estas formas de partícula, también conocidas como morfologías de un sólido, no sólo ofrecen imágenes interesantes al microscopio, sino que pueden determinar el comportamiento del material, a veces de forma dramática.
Una imagen de microscopio electrónico de barrido muestra partículas de hidróxido de vanadilo (VOOH) con forma de estrella. El equipo de Luis De Jesús Báez descubrió que estas partículas se comportaban más como un pseudocondensador que como una batería.
Luis De Jesús Báez/University at Buffalo
Investigadores de la Universidad de Buffalo han demostrado este fenómeno creando por primera vez hidróxido de vanadilo (VOOH) en forma de estrella, y han demostrado que esta forma puede alterar fundamentalmente el modo en que el material almacena energía.
Cuando esta sustancia química de base metálica se formó inicialmente como capas planas en forma de lámina, almacenó energía internamente como una pila. Pero a medida que evolucionaba hasta convertirse en barras agrupadas y, finalmente, en estructuras en forma de estrella, su comportamiento cambió hacia el de un pseudocondensador, almacenando energía en su superficie o cerca de ella.
"Cambiando simplemente la morfología de un material, se puede modificar su comportamiento electroquímico y, por tanto, cambiar lo que se puede hacer con él", afirma Luis De Jesús Báez, doctor y profesor adjunto del Departamento de Química de la UB y autor correspondiente de un estudio publicado en el número de enero de Nanoscale, revista de la Royal Society of Chemistry.
Los resultados podrían ayudar a diseñar sistemas híbridos de almacenamiento de energía que suministren energía rápidamente, como un condensador, y la almacenen durante más tiempo, como una batería. También sugieren que el control de la forma de un material podría influir en el comportamiento de sus electrones, un factor clave en tecnologías emergentes como la computación cuántica y neuromórfica.
"Cada vez aprendemos más que las propiedades de un material no sólo vienen determinadas por la composición química o la estructura cristalina atómica: también hay que tener en cuenta la morfología", afirma De Jesús Báez.
De la semilla a la estrella
La creación de un material comienza con una semilla, un grupo de unos pocos átomos que pueden convertirse en un sólido en las condiciones adecuadas y con el tiempo.
El equipo de De Jesús Báez sintetizó VOOH y observó cómo evolucionaba su estructura a lo largo de tres días y medio. Utilizaron microscopía electrónica de transmisión y microscopía electrónica de barrido, que utilizan electrones en lugar de luz para obtener imágenes de materiales a escalas extremadamente pequeñas.
Al cabo de 36 horas, el VOOH formaba estructuras planas similares a láminas y almacenaba energía internamente como una batería convencional. A las 48 horas, el material empezó a formar grupos similares a varillas y su comportamiento de almacenamiento de energía empezó a cambiar.
A las 84 horas, el VOOH tenía forma de estrella de seis brazos y almacenaba parte de su energía en la superficie o cerca de ella.
"Cultivar un sólido con forma de estrella es mucho más complejo que hacerlo en forma de lámina. La forma de estrella permite más aristas con una alta densidad de defectos y una mayor superficie total. El aumento de los defectos y de la superficie es lo que provoca un cambio en el comportamiento electroquímico y nos enseña el papel que desempeñan la nucleación y el crecimiento en las propiedades", explica Jayanti Sharma, primera autora y estudiante de doctorado en el laboratorio de De Jesús Báez.
El encuentro de la IA con la ciencia de los materiales
Los científicos utilizan cada vez más modelos de inteligencia artificial para simular el comportamiento de los materiales, pero De Jesús Báez afirma que esta investigación demuestra por qué sigue siendo esencial un trabajo de laboratorio que requiere mucho tiempo.
Los modelos de IA se basan en bases de datos de ciencia de materiales, que a menudo incluyen información sobre las propiedades de un material, pero no siempre las condiciones específicas necesarias para producirlo.
"¿De qué sirve un modelo que te dice que el VOOH es un buen pseudocondensador si no te dice también que requiere una estructura en forma de estrella y te explica cómo crearla?". afirma De Jesús Báez. "Aquí es donde la IA tiene que encontrarse con los científicos de materiales donde estamos. Con mejores datos del laboratorio, estos modelos podrían ayudarnos realmente a catapultar nuevos descubrimientos."
Además, las imágenes de microscopio electrónico resultantes merecen por sí solas el tiempo en el laboratorio.
"Cada vez que veo imágenes como éstas, es casi como ser niño y volver a descubrir algo nuevo", dice De Jesús Báez. "En 2026, a veces puede parecer que ya se ha descubierto todo lo que se podía descubrir, pero estas imágenes nos recuerdan que queda mucho por explorar".
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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