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Un nuevo estudio de la Universidad Estatal de Carolina del Norte muestra que el tamaño juega un papel clave en la determinación de la estructura de ciertas nanopartículas huecas. Los investigadores se centraron en las nanopartículas de níquel, que tienen interesantes propiedades magnéticas y catalíticas que pueden tener aplicaciones en campos tan diversos como la producción de energía y la nanoelectrónica.

La cuestión es la oxidación de las nanopartículas de níquel. Si usted comienza con un trozo de “núcleo” de níquel y lo oxida, exponiéndolo a oxígeno a altas temperaturas, se cambia la estructura del material. Si el material se oxida parcialmente (se expone al oxígeno y altas temperaturas durante un tiempo limitado) una sólida carcasa de óxido de níquel se forma en todo el material.

Si el material es expuesto al calor y oxígeno por un período de tiempo más largo, más oxidación ocurre. La carcasa externa se mantiene, pero el níquel se transporta fuera del núcleo, dejando un vacío. Si el material se oxida completamente, se crea un vacío más grande, dejando la carcasa de óxido de níquel efectivamente hueca. Esta conversión de nanopartículas solidas a huecas se conoce como el “efecto Kirkendall a nanoescala.”

Pero lo que los investigadores han encontrado es que el tamaño del núcleo de níquel también desempeña un papel clave en la estructura de estas partículas. Por ejemplo, en las nanopartículas de níquel más pequeñas (aquellas que tienen núcleos de diámetros más pequeños de 30 nanómetros) un solo vacío se forma dentro de la carcasa durante la oxidación. Esto da lugar a un núcleo de níquel asimétrico, con un vacío cada vez mayor en un solo lado del núcleo. El núcleo restante se reduce a medida que continúa el proceso de oxidación. Esto es significativo, en parte, porque la carcasa de óxido de níquel se hace progresivamente más gruesa en el lado que linda con el núcleo. Cuanto mayor sea el núcleo -dentro del límite de 30nm- se vuelve más grueso ese lado de la carcasa. En otras palabras, usted termina con una carcasa de óxido de níquel que puede ser significativamente más gruesa en un lado que en el otro.

Sin embargo, los investigadores encontraron que las nanopartículas de níquel más grande hacen algo completamente diferente. Los investigadores probaron nanopartículas con núcleos de níquel de 96 nm de diámetro, y encontraron que el proceso de oxidación de estas nanopartículas crearon múltiples vacíos en el núcleo (aunque el núcleo mismo quedó completamente rodeado por la carcasa de óxido de níquel). Este proceso eficaz resultó en la creación de burbujas en todo el núcleo. Los “esqueletos” de aquellas burbujas todavía permanecían, incluso después de oxidación completa, creando una capa esencialmente hueca que todavía era atravesada por algunos restos del núcleo de níquel.

Más información Universidad Estatal de Carolina del Norte

Tags: Nanoparticulas, nanoparticulas de niquel