Tendencias21
Diseñan materiales compuestos con propiedades ópticas y eléctricas a la carta

Diseñan materiales compuestos con propiedades ópticas y eléctricas a la carta

Un grupo de investigación de la Escuela Universitaria Politécnica de la Universidad del País Vasco/EHU ha creado materiales compuestos nanoestructurados, formados por polímeros y nanopartículas semiconductoras, con propiedades ópticas y eléctricas específicas que varían con el tamaño, según lo deseado.

Diseñan materiales compuestos con propiedades ópticas y eléctricas a la carta

Añadiendo nanopartículas semiconductoras a los polímeros, el grupo de investigación «Materiales + Tecnologías» (GMT) de la Escuela Universitaria Politécnica de la UPV/EHU (Donostia-San Sebastián) ha creado materiales compuestos nanoestructurados con propiedades ópticas y eléctricas específicas que varían con el tamaño.

Dichas propiedades permiten a los investigadores sintetizar partículas del tamaño correspondiente a las propiedades deseadas, y, agregando dichas partículas a los polímeros, dotar al producto final de una propiedad concreta u otra.

En la Escuela Universitaria Politécnica de Donostia-San Sebastián trabajan con partículas que actúan como puntos cuánticos, concretamente con nanopartículas compuestas de cadmio y selenio. Una de las características de los puntos cuánticos es que las propiedades ópticas y eléctricas de la partícula varían con el tamaño.

En el caso de las partículas compuestas de cadmio y selenio, dicha variación ocurre en nanopartículas inferiores a 10 nanómetros -un nanómetro es igual a la millonésima parte de un milímetro-, y, «por tanto, no es lo mismo tener una nanopartícula de 3 nanómetros o de 6 nanómetros», explica Haritz Etxeberria, investigador del departamento de Ingeniería Química y del Medio Ambiente de la UPV/EHU y autor de la investigación, en una nota de prensa de dicha Universidad.

Ello permite sintetizar nanopartículas con propiedades muy concretas, y, posteriormente, introduciendo dichas nanopartículas en otros materiales, el investigador puede preparar nuevos materiales compuestos con propiedades preseleccionadas. «A las propiedades intrínsecas de los materiales básicos se les puede añadir otras a través de las nanocargas: nanopartículas, nanoarcillas, fibras… Finalmente, uniendo las propiedades de unos y otros, se obtienen materiales con nuevas propiedades», dice Etxeberria.

Los investigadores buscan en la optoelectrónica, en la biomedicina y en el campo de los paneles solares las aplicaciones para las partículas que funcionan como puntos cuánticos.

El trabajo realizado por Etxeberria ha consistido en sintetizar nanopartículas compuestas de cadmio y selenio, y, después, analizar métodos para insertar dichas nanopartículas en un polímero. El principal reto suele ser, precisamente, dispersar bien las nanopartículas en el polímero; si no se consigue eso, el material compuesto no tendrá las propiedades que se le pueden conferir a través de las nanopartículas.

«Las nanopartículas, al ser tan pequeñas, tienden a agregarse. Por tanto, se obtienen grandes aglomerados, que aparecen mezclados en diferentes fases. Pero, al aumentar el tamaño, pierden las propiedades que tienen como nanopartículas», subraya Etxeberria.

Fases del trabajo

En la primera fase del trabajo de investigación, Etxeberria ha sintetizado nanopartículas de seleniuro de cadmio de diferentes tamaños, y, teniendo en cuenta la importancia que tiene el tamaño en las propiedades de la partícula, ha analizado varios parámetros de síntesis, para optimizar la síntesis de las nanopartículas y obtener nanopartículas de seleniuro de cadmio con el tamaño y las propiedades deseadas.

En la segunda fase, ha analizado metodologías para insertar y dispersar nanopartículas de un tamaño concreto (de entre 3 y 4 nanómetros) en el polímero. Para ello, ha trabajado con un copolímero de bloque compuesto de poliestireno y polibutadieno.

«Hemos utilizado copolímeros de bloque, porque permiten obtener fases. Tienen ingredientes inmiscibles entre sí, pero, al estar unidos unos a otros, crean unos ordenamientos de fase a nivel nanométrico, y permiten agregar nanopartículas que tienen afinidad con una fase u otra», explica Etxeberria.

El objetivo de Etxeberria ha sido dispersar las nanopartículas de seleniuro de cadmio en la fase de poliestireno. Para ello, ha probado diferentes técnicas de funcionalización. La funcionalización significa que a las nanopartículas se les agregan en la superficie moléculas que las convertirán en miscibles con la fase seleccionada, para que se dispersen bien en el polímero. Los mejores resultados se han obtenido a través de la técnica grafting through.

«Con la técnica grafting through, las nanopartículas se colocan en el entorno donde tiene lugar la polimerización del estireno. Así, el polímero crece a veces desde la superficie de la nanopartícula, otras partículas quedan atrapadas entre las cadenas de polímeros, y también se crea el polímero libre», aclara Etxeberria. El resultado es un material que tiene afinidad con el poliestireno, que confiere una dispersión homogénea deseada al mezclarlo con el copolímero de bloque.

Así lo han demostrado las mediciones realizadas con el material compuesto creado: el material compuesto tiene las mismas características ópticas y eléctricas que tenían inicialmente las nanopartículas. En vista de los buenos resultados de la técnica, Etxeberria está ahora trabajando con otros materiales, como la celulosa.

Referencias bibliográficas:

Haritz Etxeberria, Iñaki Zalakain, Iñaki Mondragon, Arantxa Eceiza, Galder Kortaberria. Generation of nanocomposites based on polystyrene-grafted CdSe nanoparticles by grafting through and block copolymer. Colloid and Polymer Science (on line) (2013). DOI: 10.1007/s00396-013-2927-8.

Haritz Etxeberria, Iñaki Zalakain, Agnieszka Tercjak, Galder Kortaberria, Iñaki Mondragon.
Functionalisation of semiconductor CdSe nanoparticles with polystyrene brushes by radical polymerization. Journal of Nanoscience and Nanotechnology (2013).

Haritz Etxeberria, Iñaki Zalakain, Raquel Fernandez, Galder Kortaberria, Iñaki Mondragon
Controlled placement of polystyrene-grafted CdSe nanoparticles in self assembled block Copolymers. Colloid and polymer science (on line) (2012). DOI 10.1007/s00396-012-2765-0.

Haritz Etxeberria, Galder Kortaberria, Iñaki Zalakain, A. Larrañaga, Iñaki Mondragon. Effect of different aqueous synthesis parameters on the size of CdSe nanocrystals. Journal of Material Science (2012).

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • La erupción de Tonga fue un gran estallido global 17 mayo, 2022
    El volcán submarino que entró en erupción en enero de este año cerca de Tonga envió ondas de presión masivas sin precedentes a través de la atmósfera de la Tierra que recorrieron el planeta varias veces. También generó infrasonidos que perturbaron la ionosfera, ondas sísmicas que desencadenaron tsunamis, y potentes "truenos" que se oyeron hasta […]
    Pablo Javier Piacente
  • Una piedra extraterrestre trae a la Tierra los restos de una supernova 17 mayo, 2022
    Un conjunto de nuevos análisis indican que la piedra denominada Hypatia, descubierta en el desierto egipcio, podría ser la primera evidencia tangible encontrada en la Tierra de una explosión de supernova del tipo Ia. Estas extrañas supernovas son uno de los eventos más energéticos que tienen lugar en el Universo.
    Pablo Javier Piacente
  • Los científicos diseñan por fin el chocolate perfecto 17 mayo, 2022
    Los científicos han dado por fin con la forma perfecta del chocolate, que eleva a la máxima potencia su sabor cuando los degustamos en la boca. Cuestión de metamateriales.
    Redacción T21
  • El suelo de la Luna no es ideal para la agricultura 16 mayo, 2022
    Para producir alimentos en la Luna, los humanos tendrían que modificar el suelo local de alguna manera, para hacerlo más adecuado para las plantas, además de incorporar variaciones genéticas en las especies vegetales, para hacerlas más resistentes. Así lo confirma el primer cultivo de especies vegetales en tierra lunar, concretamente en muestras recolectadas durante las […]
    Pablo Javier Piacente
  • Los rayos cósmicos serán los relojes del futuro 16 mayo, 2022
    Un método de cronometraje cósmico propone sincronizar todos los relojes en la Tierra: según un estudio, las colisiones entre los rayos cósmicos de alta energía y nuestra atmósfera generan partículas denominadas muones, que servirían para medir el tiempo con una precisión mucho mayor a la que alcanzan los métodos actuales. 
    Pablo Javier Piacente
  • Las paradojas cuánticas siguen confundiendo a los físicos 16 mayo, 2022
    Dos nuevos experimentos han sorprendido a los físicos: ponen de manifiesto que el Modelo Estándar no se comprende del todo. La dualidad en la física elemental está más extendida de lo que se piensa, mientras se comprueba que una sola partícula puede atravesar a la vez dos caminos paralelos.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • El suicidio planificado de los pulpos está relacionado con un trastorno genético humano 16 mayo, 2022
    Una nueva investigación ha descubierto que los elevados niveles de un precursor del colesterol que origina comportamientos autodestructivos en humanos, conducen también al suicidio programado de las madres pulpo después de la reproducción.
    UChicago/T21
  • Descubren cómo una mutación genética neuronal causa una mayor inteligencia 15 mayo, 2022
    Investigadores alemanes han descubierto que una mutación genética que provoca la pérdida de la visión aumenta al mismo tiempo la inteligencia porque incrementa la comunicación entre neuronas.
    Universität Leipzig/T21
  • El líquido de los cerebros jóvenes rejuvenece a los cerebros más viejos 14 mayo, 2022
    El líquido cerebral de ratones jóvenes se puede inyectar en el cerebro de ratones más viejos para que recuperen la memoria dañada por el envejecimiento. El efecto se atribuye a una proteína, Fgf17, que se perfila como posible factor de rejuvenecimiento cerebral.
    Redacción T21
  • Los ojos humanos pueden ser inmortales 13 mayo, 2022
    Los científicos han logrado "revivir" células sensibles a la luz en ojos de donantes de órganos: han restaurado su capacidad para interactuar post-mortem. Los investigadores pudieron recuperar una señal eléctrica única, conocida como "onda b", que solo se aprecia en los ojos de personas vivas.
    Pablo Javier Piacente