Internacional. Un equipo dirigido por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley desarrolla una nueva nanolámina autoensamblable que podría extender significativamente la vida útil de los productos de consumo.
Y como el nuevo material es reciclable, también podría permitir un enfoque de fabricación sostenible que mantenga los envases y productos electrónicos de un solo uso fuera de los vertederos.
El equipo es el primero en desarrollar con éxito un material de barrera multiusos y de alto rendimiento a partir de nanohojas autoensamblables.
El nuevo material de nanohojas supera el problema de los defectos de apilamiento al omitir por completo el enfoque de hojas apiladas en serie. En lugar de ello, el equipo mezcló mezclas de materiales que se sabe que se autoensamblan en pequeñas partículas con capas alternas de los materiales componentes, suspendidos en un disolvente.
Para diseñar el sistema, los investigadores utilizaron mezclas complejas de nanopartículas, moléculas pequeñas y supramoléculas basadas en copolímeros de bloque. Los investigadores predijeron que la mezcla compleja utilizada para el estudio actual tendría dos propiedades ideales.
Además de tener una alta entropía para impulsar el autoensamblaje de una pila de cientos de nanohojas formadas simultáneamente, también esperaban que el nuevo sistema de nanohojas se viera mínimamente afectado por diferentes químicas de superficie. Esto permitiría que la misma mezcla forme una barrera protectora en una variedad de superficies, como la pantalla de vidrio de un dispositivo electrónico o una máscara de poliéster.
Para probar el rendimiento del material como revestimiento de barrera en varias aplicaciones diferentes, los investigadores contaron con la ayuda de algunas de las mejores instalaciones de investigación del país.
Los experimentos en Molecular Foundry demostraron que el material tiene un gran potencial como dieléctrico, un material aislante de "barrera electrónica" comúnmente utilizado en condensadores para almacenamiento de energía y aplicaciones informáticas.
Durante los experimentos en la Fuente Avanzada de Fotones del Laboratorio Nacional Argonne, los investigadores trazaron cómo se une cada componente y cuantificaron sus movilidades y la manera en que cada componente se mueve para hacer crecer un material funcional.
Basándose en estos estudios cuantitativos, los investigadores fabricaron recubrimientos de barrera aplicando una solución diluida de polímeros, pequeñas moléculas orgánicas y nanopartículas a varios sustratos: un vaso de precipitados y una membrana de teflón, una película de poliéster, películas gruesas y delgadas de silicio, vidrio e incluso un prototipo de un dispositivo microelectrónico y luego controlar la velocidad de formación de película.
Los experimentos con microscopio electrónico de transmisión muestran que cuando el disolvente se evaporó, una estructura en capas altamente ordenada de más de 200 nanohojas apiladas con muy baja densidad de defectos se había autoensamblado en los sustratos.
Los investigadores también lograron fabricar cada nanohoja de 100 nanómetros de espesor con pocos agujeros y espacios, lo que hace que el material sea particularmente eficaz para impedir el paso de vapor de agua, compuestos orgánicos volátiles y electrones.
En colaboración con investigadores del Área de Tecnologías Energéticas del Laboratorio de Berkeley, Ting Xu, científico senior de la facultad de la División de Ciencias de Materiales del Laboratorio de Berkeley y su equipo demostraron que cuando el material se utiliza para recubrir membranas porosas de teflón, es muy eficaz para filtrar compuestos orgánicos volátiles. que pueden comprometer la calidad del aire interior.
Y en un experimento final en el laboratorio de Xu, los investigadores demostraron que el material se puede redisolver y refundir para producir una nueva capa de barrera.
Ahora que han demostrado con éxito cómo sintetizar fácilmente un material funcional versátil para diversas aplicaciones industriales a partir de un único nanomaterial, los investigadores planean ajustar la reciclabilidad del material y agregar capacidad de ajuste del color (actualmente viene en azul) a su repertorio.
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