Nuevas técnicas experimentales para el estudio de los materiales a escala molecular

En los últimos años se han desarrollado nuevas técnicas, que complementan y superan las prestaciones de las que se vienen utilizando tradicionalmente en el estudio de los materiales a una escala nano-métrica (1 nm = 10-9 m) y molecular. Estas nuevas técnicas entreabren la puerta a un conocimiento preciso de la nano-estructura de los materiales.

La escala de las cosas

La escala de las cosas. imagen tomada de Arizona State University.

Es conocido que las propiedades de los materiales a una macro-escala (10-1 – 102 m) tienen una dependencia directa de su microestructura.
Esta microestructura, a su vez, se forma a partir de su nanoestructura inicial. Es de la mayor importancia conocer en detalle las características estructurales de estas nanoestructuras, si queremos manipularlas convenientemente, liberándolas de defectos, átomos y moléculas no deseables. Mediante un conocimiento detallado de los átomos y moléculas que lo forman, de sus tipos de enlace, y de su disposición espacial, se abre una posibilidad muy prometedora para mejorar, muy sustancialmente, las propiedades de los materiales a una escala macroscópica, a través de la modificación de sus nanoestructuras.
Las nanoestructuras están formadas por nanopartículas que, por su tamaño, tienen una gran potencialidad para combinarse con otras partículas. Si no se establecen pautas determinadas para el agrupamiento de estas nanopartículas, éstas se agruparán de un modo aleatorio no controlado, que introduce defectos e imperfecciones en las nanoestructuras.
Un reto de la ciencia teórica y aplicada es establecer mecanismos que dirijan el crecimiento de las nanopartículas de un modo predeterminado, que las obligue a formar una nanoestructura más compacta y libre de defectos, haciendo un símil biológico sería igual que fabricar un código genético que gobierne sus uniones químicas. Esto que estamos diciendo ahora no está lejos de alcanzarse a nivel de laboratorio. Más tiempo se necesitará para que esta nanotecnología pase a integrarse como tecnología habitual en la industria de las nuevas técnicas experimentales, que ayudarán a conocer mejor la nanoestructura de los materiales, y que están basadas en la utilización de diversas modalidades de emisión de rayos X en un sincrotón.

imagen subatómica, estructura del átomo.

escala sub atómica. imagen tomada de zidbits.com

Estas técnicas son:

  1. La tomografía computarizada a nano-escala (nCT)
  2. El microscopio de efecto túnel con rayos X (STXM)
  3. La micro-difracción de rayos X (mXRD)
  4. La difracción de rayos X de alta precisión (HPXR.D)

Muy recientemente se ha desarrollado un microscopio electrónico subatómico, que permite estudiar la materia a una escala por debajo de 1 Å (10-10 m).

Este microscopio ha sido desarrollado por los físicos alemanes, Maximilian Haider, Harald Rose, Knut Urban, que han sido galardonados muy recientemente por la fundación BBVA.  La extraordinaria precisión la han conseguido eliminando la aberración óptica de los microscopios actuales.

Haider Rose y Urban premiados por su microscopio subatómico

Haider Rose y Urban premiados por su microscopio subatómico

 

 

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