Nanocristales metálicos con tamaño controlable

Los nanocristales son esferas de átomos dispuestos regularmente con tamaño nanométrico. Los llamados nanocristales intermetálicos, constituidos por dos metales diferentes combinados para formar una red cristalina prometen aplicaciones mejoradas y únicas que abarcan desde la catálisis hasta el almacenamiento de datos y su aplicación en medicina. En el artículo Size- and composition-controlled intermetallic nanocrystals via amalgamation seeded growth publicado en la revista Science Advances (28 de julio 2021) los investigadores del Institute for Electronics, Department of Information Technology and Electrical Engineering, ETH de Zurich, han logrado producir nanocristales hechos de dos metales diferentes mediante un proceso de amalgama mediante el cual un metal líquido penetra en uno sólido. Esta técnica hace posible producir una amplia gama de nanocristales intermetálicos con propiedades personalizadas para diversas aplicaciones.   

Crédito: Jasper Clarysse y col. Science Advances 28/07/21

Las amalgamas requieren metales líquidos además del mercurio, que es líquido incluso a temperatura ambiente, hay varios metales con puntos de fusión relativamente bajos, como el galio (30 grados centígrados), el indio (157 grados) o el estaño (232 grados). Ellos utilizan el enfoque de fusión a nanoescala. La reacción comienza con la dispersión de nanocristales que contienen un solo metal, por ejemplo, plata. Luego, los átomos del segundo metal, digamos galio, se agregan en forma molecular (como amidas, un compuesto de carbono, hidrógeno y nitrógeno), la mezcla se calienta a alrededor de 300 grados. Inicialmente, la temperatura hace que los enlaces químicos en la amida de galio se rompan, permitiendo que el galio líquido se acumule en los nanocristales de plata. Luego, comienza el proceso de fusión real, durante el cual el galio líquido se infiltra en la plata sólida. Con el tiempo se forma una nueva red cristalina, en la que eventualmente se disponen regularmente átomos de plata y galio. Al enfriarse (aprox diez minutos) los cristales están listos. Utilizando la técnica citada, los investigadores han producido diferentes nanocristales intermetálicos como los de oro-galio, cobre-galio y paladio-zinc. El proceso de fusión en sí se puede dirigir con precisión. Mediante el número de átomos secundarios, introducidos en la solución como amidas, se puede controlar con precisión la proporción de los metales. El tamaño de los nanocristales intermetálicos finales también se puede predecir con precisión a partir del tamaño de los nanocristales iniciales y el aumento producido debido al agregado del segundo metal. La posibilidad de combinar los metales casi a voluntad junto con la posibilidad de controlar en forma exacta la composición y el tamaño de los nanocristales permite prever toda una importante gama de aplicaciones tecnológicas en distintas áreas.

Lectura complementaria: Size- and composition-controlled intermetallic nanocrystals via amalgamation seeded growth.