Un equipo de científicos ha conseguido diseñar materiales fotónicos útiles para sensores con partículas cristalinas porosas que se autoensamblan.
Los resultados se publican en la revista Nature Chemistry, en un artículo que firman investigadores del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) y del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC).
Según han explicado los investigadores, las nanopartículas conseguidas son como “pequeñas piezas de Lego que se encajan una a una para crear un nuevo material. No son partículas cualesquiera, se trata de partículas híbridas orgánico-inorgánicas altamente porosas cuyo tamaño y forma se puede controlar para modificar las propiedades del material resultante”.
Para entender el funcionamiento, los investigadores han puesto como ejemplo las bolas de cañón, que pueden apilarse fácilmente gracias a su forma, encajando las unas con las otras independientemente de su orientación.
“Los ladrillos, en cambio, tienen que estar en los lugares correctos y orientados como es debido para crear una pila ordenada. Cuando este ejercicio se realiza en la nanoescala, los problemas que resolver son similares”, han resaltado los investigadores Daniel Maspoch (ICN2) y Cefe López (ICMM).
Efecto lego
Así, una condición para el “efecto Lego” es que todas las partículas sintetizadas tengan el mismo tamaño (monodispersión) y la misma forma, para que cuando encajen las unas con las otras, la forma resultante esté bien ordenada y empaquetada y sea funcional.
Hasta la fecha esto jamás se había conseguido con compuestos cristalinos moleculares, a pesar de que pueden compartir geometrías poliédricas similares a las de sus equivalentes metálicos.
El nuevo avance permitirá diseñar materiales fotónicos útiles, por ejemplo, para sensores. Imagen facilitada por el ICN2.
Las superestructuras 3D resultantes, fabricadas con miles de millones de partículas idénticas ordenadas en cristales que pueden llegar a medir unos milímetros, presentan características típicas de los cristales fotónicos.
Según los investigadores, estos cristales son materiales novedosos que permiten controlar y manipular la luz, ya que son superestructuras que dispersan la luz de forma que se obtienen colores sin necesidad de pigmentos o tintes, los llamados colores estructurales.
Además, controlando el tamaño y la forma de las partículas con las que se sintetizan los cristales es posible tunear la banda prohibida fotónica del cristal para modificar su color.
Estas nuevas superestructuras también poseen una gran porosidad, una propiedad que puede aprovecharse para diseñar sensores porque distintas substancias absorbidas en los poros harán que la luz se refracte en diferentes colores.
Así, este efecto se puede afinar de manera que un determinado color indique la presencia de una determinada sustancia, lo que en un futuro próximo puede permitir el desarrollo de membranas mejoradas para la absorción y catálisis de gases.
