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INSITUNANO — Resultado resumido

Project ID: 279342
Financiado con arreglo a: FP7-IDEAS-ERC
País: Reino Unido
Dominio: Investigación fundamental

Los cristales muestran el futuro de los nanomateriales

El proyecto INSITUNANO, financiado por la Unión Europea, trabaja para ayudar a aprovechar el potencial de los nanomateriales mostrando cómo crecen, cómo se puede dirigir su crecimiento y cómo se podrían utilizar de formas nuevas en dispositivos.
Los cristales muestran el futuro de los nanomateriales
Un equipo de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) ha utilizado las técnicas de metrología in-situ más recientes para mostrar cómo crecen los materiales a escala nanométrica. Con esta nueva visión de estos materiales, mucho más que diminutos y que presentan comportamientos diferentes que a escala masiva, INSITUNANO pretende resolver uno de los impedimentos para su adopción generalizada por parte de la industria.

«Hay muchos materiales fascinantes, pero no se convierten en productos nuevos porque todavía queda mucho por descubrir desde el punto de vista fundamental», explica Stephan Hofmann, coordinador del proyecto y profesor de nanotecnología en la Universidad de Cambridge. «Para poder integrar materiales nuevos y fabricarlos de forma fiable, debemos conocer cómo crecen».

El equipo ha utilizado a fondo los desarrollos emergentes en metrología, incluida la microscopía electrónica de transmisión y de rastreo ambiental y la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X a alta presión, con el fin de registrar in-situ cómo crecen, átomo a átomo, materiales como los nanotubos de carbono, los nanohilos semiconductores y materiales 2D como el grafeno. Las películas que resultan, que el profesor Hoffman describe como una especie de «momento Eureka», no solo quedan bien en los congresos, sino que también han revelado modelos de crecimiento totalmente nuevos. «La microscopia electrónica de transmisión ambiental de los nanohilos funcionó muy bien. Nos permitió avanzar de forma crucial en el conocimiento de cómo crecen y cómo controlar su nucleación», explica el profesor Hofmann. Tal como se publicó en un artículo de marzo de 2016 en Nature, esto podría abrir nuevos caminos en ingeniería de fases cristalinas o para conformar los nanohilos a medida, un paso muy importante para la ciencia de materiales.

Una prioridad también para la industria

El conocimiento no solo es interesante para los científicos. La mejora de la caracterización y el control también es una prioridad para los fabricantes que desean integrar nuevos nanomateriales en sus dispositivos. «En los nanomateriales, la relación entre la estructura y las propiedades es muy estrecha, así que es necesario alcanzar un grado de control muy elevado», explica el profesor Hofmann, «actualmente no disponemos de eso en la fabricación a gran escala».

Salvar la distancia entre la investigación fundamental y las condiciones necesarias para la fabricación en serie era una prioridad para INSITUNANO. En el caso del grafeno, un nanomaterial que ofrece muchas posibilidades para la industria, el equipo utilizó técnicas avanzadas de rayos X tanto para controlar el crecimiento como para averiguar cómo se generan las interfaces con el grafeno. «Podría ser cómo crece sobre una superficie determinada o cómo cambia la cara al exponerla al aire», explica el profesor Hofmann. «Los fabricantes deben conocer la estabilidad de los materiales en ciertos entornos: por ejemplo, ¿es necesario alto vacío o basta con condiciones atmosféricas sucias?».

Adhesión tipo geco

El equipo utilizó sus conocimientos para realizar desarrollos directos de dispositivos para casos específicos, incluido el estudio del funcionamiento de ánodos nanoestructurados en baterías de ion-litio. Diseñaron nuevas estructuras adhesivas en seco, basadas en «bosques» densos de nanotubos de carbono que imitan las patas adherentes de un geco que le permiten correr por un techo colgando boca abajo.

Los investigadores también estudiaron cómo integrar cristales en las nuevas arquitecturas de dispositivos, utilizándolos como bloques constitutivos de la etapa siguiente. «Lo fascinante es la gama creciente de materiales nuevos para dispositivos», explica el Prof. Hofmann, «tenemos que aprender a manipularlos y combinarlos con los materiales existentes. El enfoque in-situ nos permite ver el futuro».

Palabras clave

INSITUNANO, metrología in-situ, nanotecnología, nanomateriales, formación de cristales, nanohilos, nanotubos, nanotubos de carbono, integración de nanomateriales, biomimética, adhesivos secos
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