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  • Investigación y Ciencia
  • Diciembre 2014Nº 459

Química

Nanomateriales a la carta

Un fino control del tamaño y la forma de las nanopartículas permite obtener materiales con nuevas propiedades ópticas y electrónicas.

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Ya en la Grecia clásica se sospechaba que la materia estaba compuesta por átomos como unidad indivisible. Pero solo después de las investigaciones que John Dalton realizó en el siglo XIX se descubrió que estos reaccionaban entre sí en proporciones definidas, formando moléculas.

Hoy sabemos, además, que unos pocos átomos pueden agruparse y formar pequeños racimos o agregados (clusters). Se han identificado agregados de oro estables que contienen solo 13 o 55 átomos, por ejemplo. Sin embargo, la distribución espacial de estos no es la misma que adoptarían si formaran parte de un lingote (en el que millones de átomos de oro se empaquetan de forma muy ordenada); pueden incluso presentar una estructura amorfa. Lejos de ser un detalle irrelevante, la posición de los átomos tiene un impacto directo sobre las propiedades químicas y físicas de las partículas resultantes, sobre todo si estas son de tamaño muy reducido.

Entre los casos extremos anteriores (los agregados, de pocos átomos, y el lingote, de muchos millones de átomos), existe un universo de dimensiones intermedias en el que los átomos se ordenan de la misma forma que en los cristales macroscópicos pero las propiedades electrónicas y ópticas varían con el tamaño de las partículas. Nos referimos al mundo de los materiales nanométricos, o nanomateriales, objetos con dimensiones externas o estructura interna pertenecientes a la nanoescala, es decir, entre 1 y 100 nanómetros.

Los nanomateriales se caracterizan por presentar una elevada proporción de átomos en la superficie. Ello entraña consecuencias muy importantes para sus propiedades químicas y físicas. Pensemos en el punto de fusión. Si intentamos fundir un lingote de oro de un kilo, o incluso de un gramo, necesitaremos calentarlo hasta algo más de 1000 oC; en cambio, para fundir la misma cantidad del precioso metal, pero en forma de nanopartículas de unos pocos nanómetros, bastarán 350 oC. Ello se debe a que los átomos que residen en la superficie de un sólido (sea un lingote o una nanopartícula) se enlazan más débilmente con los átomos vecinos que con los del interior, por lo que son más vulnerables al ambiente exterior. Como consecuencia, la proporción de átomos que se encuentran en la superficie (que aumenta al disminuir el tamaño de las partículas) determina en gran medida el punto de fusión del material. Esta notable variación de las propiedades en función del tamaño ha despertado un gran interés científico y tecnológico que ha acabado por conformar la ya archiconocida nanotecnología.

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