Comprender los nanocables: los bigotes de las sustancias orgánicas


Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han descubierto el proceso subyacente a la rápida evolución de los nanocables ultrafinos, o "bigotes", en sustancias orgánicas. Comprender cómo evolucionan estos "bigotes" es esencial para las aplicaciones, ya que los nanocables son un avance técnico deseable y un riesgo cuando se produce un cortocircuito en la electrónica.

Los nanocables son filamentos cristalinos extremadamente delgados con nuevas e interesantes aplicaciones en electrónica, catálisis y generación de energía. También podrían desarrollarse inadvertidamente en lugares no deseados, puenteando barreras aislantes y cortocircuitando circuitos electrónicos. Comprender cómo crecen es un gran desafío tecnológico, pero el mecanismo exacto sigue siendo un misterio.

El profesor Rei Kurita, la profesora asistente Marie Tani y Takumi Yashima de la Universidad Metropolitana de Tokio han estudiado el crecimiento de cristales en los compuestos orgánicos comunes o-terfenilo y salol. Estas dos sustancias exhiben "cristales de bigotes", que son filamentos delgados que crecen rápidamente desde los frentes cristalinos a medida que el material se enfría. Examinaron los filamentos de cerca y encontraron que cada uno tenía una pequeña burbuja en la punta.

Micrografías de polarización de un bigote que crece a partir de un frente de cristalización de o-terfenilo. Se puede ver siguiendo una burbuja esférica en la masa líquida. (Fuente: Universidad Metropolitana de Tokio)

Pudieron demostrar que esta burbuja era en realidad una pequeña cápsula de gas hecha de la misma sustancia orgánica y no solo un contaminante o aire mezclado. Se observó un escenario radicalmente diferente de la presentación típica de congelación en líquidos, ya que las moléculas en el líquido se transfieren al gas dentro de la burbuja antes de conectarse a la punta del filamento, en lugar de simplemente depositarse en un frente ascendente como en el cristal típico. formación. Como resultado, los nanocables crecieron increíblemente rápido.

Los científicos descubrieron que la diferencia de densidad significativa entre el cristal y el líquido en estos compuestos jugó un papel en la formación de burbujas en sí. Cuando repitieron los experimentos en líquidos con pequeñas diferencias, no encontraron crecimiento de bigotes. Razonaron que el frente cristalino probablemente mostraría una falta de homogeneidad de densidad significativa que eventualmente conduciría a la cavitación, la formación espontánea de burbujas de gas que eventualmente conduciría a la formación de bigotes.

Se añadió una pequeña cantidad de impurezas al material para evitar la cavitación. A medida que las burbujas disminuyeron, los bigotes siguieron su ejemplo, lo que permitió la formación más lenta pero sin bigotes de trozos considerables de cristalización homogénea. El estudio del equipo ofrece nuevas formas de cultivar nanofilamentos para aplicaciones tecnológicas y nuevas formas de proteger la electrónica y las baterías de cortocircuitos potencialmente peligrosos causados ​​por cristales de bigotes.

Haga clic aquí para ver su estudio.




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