Esquerra: Noemí Contreras Pereda (ICN2) i Josep Puigmartí (IQTCUB-ICREA) amb el dispositiu de microgravetat. Crèdit: Xènia Fuentes/UB. Dreta: Portada de la revista Advanced Materials. La il·lustració, que representa la investigació, és del dibuixant de còmic granadí Adrián Bago.
Cerdanyola del Vallès, 29 de juliol de 2021. Per aconseguir aquestes condicions de microgravetat simulada hem utilitzat dispositius microfluídics personalitzats. Es tracta d'instruments que utilitzen petites quantitats de fluids sobre un microxip per dur a terme proves de laboratori. Amb aquests dispositius s'han fabricat estructures moleculars de vidres porosos en dues dimensions (formats per una sola capa d'àtoms). Segons explica Josep Puigmartí Lluís, investigador ICREA al Departament de Química Física i membre de l'Institut de Química Teòrica i Computacional (IQTCUB) de la UB, «s'ha pogut confirmar que els experiments sota aquestes condicions de microgravetat simulada tenen efectes sense precedents en l'orientació, la compacitat i la generació de materials 2D cristal·lins i porosos»
Per desenvolupar aquest nou sistema, l'equip investigador, en què també participen membres de l'Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) i de l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB), va dissenyar un dispositiu microfluídic que consta de dos substrats entrellaçats amb una fina pel·lícula de silicona amb gruixos variables (de 200 a 500 micres). L'objectiu era crear un ambient microfluídic de 6 cm de llarg i 1,5 cm d'ample. Una de les superfícies disposa de dos ports d'entrada mecanitzada que permeten omplir completament l'entorn microfluídic, el que evita l'aparició de bombolles d'aire.
El sistema ha permès fer créixer un prototip d'estructura bidimensional metalorgànica (MOF, per les sigles en anglès) que forma una capa mil·limètrica i sense defectes amb propietats de conductivitat que actuen a llarga distància en condicions ambientals. El grup d'investigació ha utilitzat la línia de llum NCD-SWEET del Sincrotró ALBA per estudiar la cristal·linitat, l'estructura i l'orientació del material 2D fabricat.
«El control espaciotemporal en el creixement d'aquest material obtingut amb les condicions de microgravetat simulada no té precedents en la literatura científica. El dispositiu de microfluídica ens ha permès desenvolupar capes primes de centímetres de longitud i estudiar les propietats electròniques del material»apunta Noemí Contreras Pereda de l'ICN2.
Cal tenir en compte que, fins ara, els valors obtinguts amb aquest nou mètode només s'havien aconseguit fora d'una atmosfera inerta amb pellets preparats sota altes pressions. «Aquest nou sistema de microgravetat simulada serà com un" parc infantil "per a químics, físics i científics de materials que vulguin processar materials i dispositius funcionals 2D», conclou Puigmartí.
Experiments al Sincrotró ALBA
L'equip d'investigació utilitzo la línia de llum NCD-SWEET d'ALBA per realitzar experiments de dispersió de raigs X de gran angular amb incidència rasant 2D (GIWAXS, per les sigles en anglès). Això els va ajudar a avaluar la cristal·linitat, l'estructura i l'orientació de les mostres. Els resultats van indicar que les capes del compost metalorgànic van créixer de manera homogènia a la superfície del substrat, confirmant que aquest sistema microfluídic representa una nova metodologia de fabricació per produir pel·lícules cristal·lines grans, orientades, compactes, llises i sense esquerdes.
Referència: Noemí Contreras-Pereda, David Rodríguez-San-Miguel, Carlos Franco, Semih Sevim, João Pedro Vale, Eduardo Solano, Wye-Khay Fong, Alessandra Del Giudice, Luciano Galantini, Raphael Pfattner, Salvador Pané, Tiago Sotto Mayor, Daniel Ruiz-Molina, Josep Puigmartí-Luis. Synthesis of 2D Porous Crystalline Materials in Simulated Microgravity. Advanced Materials (2021). DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202170231
- Universitat de Barcelona: https://www.ub.edu/web/ub/en/menu_eines/noticies/2021/06/043.html
- Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia: https://icn2.cat/en/news/4746-space-laboratories-conditions-simulated-on-earth-allow-synthesising-high-quality-2d-crystalline-materials
