Izquierda: Noemí Contreras Pereda (ICN2) y Josep Puigmartí (IQTCUB-ICREA) con el dispositivo de microgravedad. Crédito: Xènia Fuentes/UB. Derecha: Portada de la revista Advanced Materials. La ilustración, que representa la investigación, es del dibujante de cómic granadino Adrián Bago.
Cerdanyola del Vallès, 29 de Julio de 2021. Para conseguir estas condiciones de microgravedad simulada hemos utilizado dispositivos microfluídicos personalizados. Se trata de instrumentos que utilizan pequeñas cantidades de fluidos sobre un microchip para llevar a cabo pruebas de laboratorio. Con estos dispositivos se han fabricado estructuras moleculares de cristales porosos en dos dimensiones (formados por una sola capa de átomos). Según explica Josep Puigmartí Luis, investigador ICREA en el Departamento de Química Física y miembro del Instituto de Química Teórica y Computacional (IQTCUB) de la UB, «se ha podido confirmar que los experimentos bajo estas condiciones de microgravedad simulada tienen efectos sin precedentes en la orientación, la compacidad y la generación de materiales 2D cristalinos y porosos».
Para desarrollar este nuevo sistema, el equipo investigador, en el que también participan miembros del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) y del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB), diseñó un dispositivo microfluídico que consta de dos sustratos entrelazados con una fina película de silicona con espesores variables (de 200 a 500 μm). El objetivo era crear un ambiente microfluídico de 6 cm de largo y 1,5 cm de ancho. Una de las superficies dispone de dos puertos de entrada mecanizada que permiten llenar completamente el entorno microfluídico, lo que evita la aparición de burbujas de aire.
El sistema ha permitido hacer crecer un prototipo de estructura bidimensional metalorgánica (MOF, por sus siglas en inglés) que forma una capa milimétrica y sin defectos con propiedades de conductividad que actúan a larga distancia en condiciones ambientales. El grupo de investigación ha utilizado la línea de luz NCD-SWEET del Sincrotrón ALBA para estudiar la cristalinidad, la estructura y la orientación del material 2D fabricado.
«El control espacio-temporal en el crecimiento de este material obtenido con las condiciones de microgravedad simulada no tiene precedentes en la literatura científica. El dispositivo de microfluídica nos ha permitido desarrollar capas delgadas de centímetros de longitud y estudiar las propiedades electrónicas del material» apunta Noemí Contreras Pereda del ICN2.
Hay que tener en cuenta que, hasta ahora, los valores obtenidos con este nuevo método solo se habían conseguido fuera de una atmósfera inerte con pellets preparados bajo altas presiones. «Este nuevo sistema de microgravedad simulada será como un “parque infantil” para químicos, físicos y científicos de materiales que quieran procesar materiales y dispositivos funcionales 2D», concluye Puigmartí.
Experimentos en el Sincrotrón ALBA
El equipo de investigación utilizo la línea de luz NCD-SWEET de ALBA para realizar experimentos de dispersión de rayos X de gran angular con incidencia rasante 2D (GIWAXS, por sus siglas en inglés). Esto les ayudó a evaluar la cristalinidad, la estructura y la orientación de las muestras. Los resultados indicaron que las capas del compuesto metalorgánico crecieron de manera homogénea en la superficie del sustrato, confirmando que este sistema microfluídico representa una nueva metodología de fabricación para producir películas cristalinas grandes, orientadas, compactas, lisas y sin grietas.
Referencia: 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
Enlace a la noticia original:
- Universidad de Barcelona: https://www.ub.edu/web/ub/en/menu_eines/noticies/2021/06/043.html
- Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología: https://icn2.cat/en/news/4746-space-laboratories-conditions-simulated-on-earth-allow-synthesising-high-quality-2d-crystalline-materials
