Una forma sencilla de preparar cristales semiconductores
Los materiales coloidales se benefician de una síntesis y rutas de procesamiento posteriores de bajo coste. El cobre es barato, abundante y de toxicidad relativamente baja en comparación con los metales pesados habitualmente empleados en muchos materiales semiconductores. Juntando ambas cosas, los calcogenuros de cobre coloidales constituyen una combinación ganadora. El proyecto financiado con fondos europeos «Low-toxicity copper chalcogenide semiconductor nanocrystals» (LOTOCON) se centró en la síntesis escalable y controlable de calcogenuros de cobre binarios seguida de un intercambio catiónico parcial. La sustitución parcial de iones de cobre por otros de distintos elementos pretendía aportar un parámetro de ajuste de la composición y la morfología. Los investigadores eligieron como punto de partida los calcogenuros de cobre más sencillos, nanopartículas consistentes en sulfuro de cobre (Cu2S), selenio y telurio. Los miembros del equipo desarrollaron una nueva ruta de síntesis para su producción controlada a temperaturas moderadas, evitando el uso de fosfinas que son caras y nocivas. Obtuvieron materiales de muy distintas formas, desde pequeñas partículas esféricas hasta grandes láminas finas bidimensionales, que emplearon luego con éxito como cátodos en la fabricación y prueba de baterías de iones de litio. Es importante destacar que el método resultó fácilmente escalable, por lo que ofrece un gran potencial de fabricación a escala industrial. El trabajo posterior de intercambio catiónico parcial condujo a la sencilla fabricación de nanoplacas de aleaciones con una banda prohibida ajustable. La misma estrategia se aplicó también a las nanoláminas de seleniuro de cobre de mucho mayor tamaño obtenidas en el marco del proyecto. Los materiales preparados se procesaron después para obtener películas finas que se incorporaron a dispositivos de celdas solares. La ruta de intercambio catiónico es aplicable a una amplia variedad de cationes y nanopartículas de calcogenuros de cobre, por lo que proporciona una vía de importancia industrial para la obtención de una serie de materiales que serían de otro modo difíciles de producir. Partiendo de esos resultados, el equipo desarrolló un método de síntesis en un solo paso que empleaba nanocristales de Cu2S e intercambio catiónico parcial del Cu con indio y cinc para conseguir una mayor eficiencia de fotoluminiscencia y una emisión de luz ajustable. Las pruebas de citotoxicidad realizadas confirmaron la biocompatibilidad de los materiales, lo que abre la puerta a su utilización como biomarcadores fluorescentes. Al mismo tiempo, los investigadores arrojaron luz sobre los mecanismos del intercambio catiónico, un proceso ampliamente utilizado pero que aún no se comprende bien, lo que contribuirá al diseño y la síntesis basados en el conocimiento. El trabajo realizado ha sido publicado en prestigiosas revistas científicas arbitradas. Es de esperar que la tecnología desarrollada dentro del proyecto LOTOCON tenga un amplio impacto en campos de importancia industrial como la tecnología de celdas solares, la catálisis y la biomedicina.
Palabras clave
Semiconductor, biocompatible, coloidal, cobre, calcogenuro
