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Minimizando los defectos para maximizar la funcionalidad a escala nanométrica

El control de los defectos en las interfaces muy pequeñas propias de los nanocomposites es esencial para lograr las propiedades a medida deseadas. Un grupo de científicos ha proporcionado información sobre soluciones de diseño para un tipo importante de materiales gracias a una técnica nueva.
Minimizando los defectos para maximizar la funcionalidad a escala nanométrica
Los composites son combinaciones de dos o más materiales individuales tales que las interfaces entre los materiales se conservan. Constituyen la base de innumerables componentes y dispositivos. Con la llegada de la nanotecnología, estas estructuras de composites se pueden formar a escala nanométrica, comparable al tamaño de las moléculas individuales.

La caracterización de las propiedades de las interfaces de los composites es esencial para poder desarrollar nuevos sistemas de materiales con mejores propiedades. Un grupo de científicos inició el proyecto «Electron paramagnetic resonance as a probe for extended interfaces in nanomaterials» (EPREXINA), financiado por la Unión Europea, para estudiar el uso del análisis espectroscópico.

La espectroscopía de resonancia paramagnética (EPR) se utiliza para estudiar sistemas paramagnéticos con electrones no emparejados para detectar radicales libres, iones de metales de transición y defectos en materiales. Los investigadores seleccionaron el titanato de bario (BaTiO3), el primer óxido ferroeléctrico descubierto. Se trata casi del material ferromagnético más ampliamente utilizado y participa en aplicaciones como memorias de ordenador, sensores y detectores de infrarrojo.

Mediante EPR, los investigadores realizaron el primer análisis detallado de defectos cargados en polvos, cerámicas, monocristales, composites, láminas delgadas y multiláminas a base de BaTiO3. La recopilación de datos permitió elaborar conclusiones, muchas de las cuales y se han publicado, sobre la naturaleza de los defectos cargados y su ubicación en los distintos materiales.

La EPR reveló que hay una concentración elevada de defectos cargados en la superficie de los nanopolvos y en las interfaces de los composites, y se demostró que existe una relación directa entre este hecho y las propiedades dieléctricas. Los científicos pudieron mejorar de forma significativa las propiedades dieléctricas y reducir las pérdidas dieléctricas mediante modificaciones basadas en los resultados anteriores. Finalmente, los científicos produjeron un material óptimo para las aplicaciones seleccionadas, resaltando la eficacia de la EPR para guiar el diseño de los materiales.

EPREXINA realizó los primeros estudios detallados de la influencia de los defectos cargados superficiales e interficiales sobre las propiedades de los nanomateriales. Esto allanará el camino del desarrollo de nuevos materiales a medida con propiedades mucho mejores respecto de sus equivalentes convencionales para muchas aplicaciones. Se espera que la técnica tenga un efecto muy importante sobre las funcionalidades de futuros dispositivos.

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