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Figura: Protocolo desarrollado durante el proyecto para incrementar el número de nanohilos en aplicaciones industriales.
Cerdanyola del Vallès, 2 de diciembre de 2021. La nanotecnología es uno de los principales motores de la revolución tecnológica de este siglo y los nanomateriales desempeñan un papel fundamental en esta revolución. Mientras que el uso de nanopartículas está muy extendido en aplicaciones industriales, el uso de nanohilos -hilos cuyo diámetro es de solo unos pocos nanómetros- está mayormente reducido a áreas científicas. Los campos de la biomedicina y de los imanes permanentes se beneficiarían de la producción rentable y en masa de nanohilos.
En una publicación reciente, un grupo de investigadores de la Universidad Complutense de Madrid (UCM) y de varios centros del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), en colaboración con ALBA, ha establecido un protocolo de síntesis novedoso y sostenible que permite obtener una mayor cantidad de nanohilos que con el proceso de fabricación convencional en laboratorios, con una considerable reducción tanto de tiempo como de coste.
El objetivo de este proyecto era incrementar la producción de nanohilos metálicos, reduciendo costes y tiempos para ampliar su aplicación a la industria. Debido a los altos precios asociados al aluminio de alta pureza que normalmente se usa como material inicial, además de la baja temperatura y el largo tiempo de anodización requeridos, la aplicación comercial de nanohilos usando óxido de aluminio anodizado está aún limitada por su proceso de fabricación.
En esta investigación, para reducir costes, se utilizó aluminio reciclado procedente de los residuos de talleres mecánicos como material inicial y se realizó el proceso de crecimiento de los nanohilos a temperatura ambiente, sin la necesidad de un estabilizador de temperaturas. A pesar de las impurezas de las láminas recicladas de aluminio, se obtuvieron unas propiedades magnéticas muy similares a las recabadas para las láminas de aluminio de alta pureza.
Además, dado que la posible oxidación durante el almacenamiento es uno de los principales problemas de los nanohilos metálicos para su empleo en aplicaciones, los investigadores exploraron el uso de etanol para conservarlos durante varios meses. Los resultados mostraron que este componente era adecuado para almacenar nanohilos sin cambiar su estructura ni sus propiedades magnéticas. Estos descubrimientos allanan el camino hacia la implementación de nanohilos magnéticos en aplicaciones del mundo real, como la biomedicina y los imanes permanentes.
Para comprobarlo, se sintetizó un imán permanente compuesto por una mezcla de ferrita y de los nanohilos producidos con esta técnica. Los resultados mostraron una mejora del producto energético del 48%, en comparación con los imanes de ferrita pura. Este resultado tan prometedor presenta a los compuestos de nanohilos y ferrita como un claro candidato para llenar el vacío entre las ferritas y los imanes de tierras raras.
Este estudio es parte del proyecto europeo AMPHIBIAN, con la colaboración de la Universidad Complutense de Madrid (UCM), el Instituto de Cerámica y Vidrio (ICV-CSIC), el Instituto de Química Física Rocasolano (IQFR-CSIC) y el Sincrotrón ALBA.
Técnicas de luz de sincrotrón
Los experimentos, realizados en la línea de luz CIRCE del Sincrotrón ALBA, permitieron evaluar las propiedades magnéticas de los nanohilos. En particular, las medidas de microscopía electrónica de fotoemisión con dicroísmo magnético circular de rayos X (en inglés, XMCD-PEEM) revelaron la configuración magnética de los nanohilos y su comportamiento magnético, información crucial para implementar los nanohilos en aplicaciones de imanes permanentes.
Además, se realizaron espectros de absorción de rayos X (en inglés, XAS) de los nanohilos tras su almacenamiento en etanol. Los resultados demostraron que el almacenamiento en etanol asegura la conservación de los nanohilos sintetizados, evitando su oxidación y manteniendo adecuadas sus propiedades magnéticas para su aplicación como componente de un nanocompuesto magnético.
Referencia: Claudia Fernández-González, Jesús C. Guzmám-Mínguez, Alejandra Guedeja-Marrón, Eduardo García-Martín, Michael Foerster, Miguel Ángel Niño, Lucía Aballe, Adrián Quesada, Lucas Pérez and Sandra Ruiz-Gómez. Scaling Up the Production of Electrodeposited Nanowires: A Roadmap towards Applications. Nanomaterials (2021). DOI: https://doi.org/10.3390/nano11071657
Con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología. El Sincrotrón ALBA forma parte de la red de Unidades de Cultura Científica y de la Innovación (UCC+i) de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) y ha recibido apoyo a través del proyecto FCT-20-15798.
