jueves, 27 de febrero de 2020

Síntesis directa de N-grafeno obtenido con plasma por microondas


Estudios recientes que buscan reemplazar los costosos catalizadores basados en Pt utilizados en las celdas de combustible han demostrado que los materiales de carbono dopados con nitrógeno pueden actuar como electrocatalizadores no metálicos eficientes. Así, el grafeno dopado con nitrógeno muestra alta conductividad y actividad electrocatalítica, y se ha demostrado su eficaz actividad catalítica en la reducción de oxígeno. 
Un grupo de científicos europeos sintetizó N-grafeno mediante el método de plasma producido por microondas a presión atmosférica en una sola etapa y de manera controlada. Utilizaron etanol y amoniaco como precursores. El nivel de dopaje, la configuración de nitrógeno y el rendimiento del producto dependen del punto de inyección del precursor de nitrógeno en el plasma. Se probaron dos métodos para introducir el precursor de nitrógeno:  de arriba-abajo, se inyectan precursores de carbono y nitrógeno en la zona “caliente” del plasma; de abajo-arriba, el precursor de nitrógeno se introduce en el zona “tibia” del plasma.  Se actualizó el modelo teórico basado en la termodinámica del plasma y la cinética química. Los resultados experimentales confirmaron las predicciones del modelo. El N-grafeno sintetizado se caracterizó por microscopía electrónica de barrido, espectroscopias de fotoelectrones de rayos-X y Raman.

Los resultados  fueron publicados en Physical Chemistry Chemical Physics

jueves, 20 de febrero de 2020

Visualizando átomos de hidrógeno en interfases metal/hidruro metálico


El hidrógeno, como combustible, puede almacenarse en metales de manera segura. Sin embargo, también puede ser perjudicial para los metales y causar su fragilización.   

Comprender el comportamiento del hidrógeno a escala atómica es clave para mejorar las propiedades de los sistemas metal/hidruro metálico. Esto actualmente se dificulta debido a la carencia de una técnica suficientemente robusta capaz de producir imágenes de átomos de hidrógeno. 

Físicos de la Universidad de Groningen, en Holanda, lograron obtener imágenes de átomos de hidrógeno en la interfaz de titanio/hidruro de titanio utilizando un microscopio electrónico de transmisión y barrido (STEM). Aplicaron la técnica de integración del contraste de fase diferencial (iDPC). Las imágenes de la interfaz revelan que la estabilidad de la fase de hidruro se debe a la interacción entre el esfuerzo de compresión y la coherencia interfacial. Lograron visualizar tanto el metal como los átomos de hidrógeno en una sola imagen, lo que les permitió probar diferentes modelos teóricos que describen la estructura de la interfaz.

Este trabajo permite corroborar estudios previos sobre hidruros que en el pasado fueron ignorados y es aplicable a todos los materiales que contienen elementos ligeros y pesados, incluidos óxidos, nitruros, carburos y boruros.

Los resultados fueron publicados recientemente en Science Advances

Mas información en Nanotecnology News

jueves, 13 de febrero de 2020

Diagnóstico temprano de la enfermedad de Lyme empleando nanopartículas de oro


La enfermedad de Lyme es causada por la bacteria Borrelia burgdorferi y transmitida por las garrapatas. Ocasiona graves complicaciones médicas en los sistemas nervioso, músculo-esquelético e inmunológico. 
Uno de los primeros signos de la enfermedad es una erupción cutánea. Entre el 10 y el 20% de las personas infectadas no desarrollan la erupción. Esto dificulta el diagnóstico de la enfermedad. Además, los análisis para su detección son lentos, costosos y poco sensibles. 

Investigadores de Estados Unidos fabricaron un dispositivo sensor portátil y desechable capaz de detectar anticuerpos de la bacteria B. burgdorferi presentes en el suero sanguíneo de los pacientes. Emplearon nanopartículas de oro  de 40 nm a las que unieron químicamente 6 diferentes antígenos de la bacteria. Depositaron esta mezcla en una membrana de nitrocelulosa, la que constituye el elemento sensor del dispositivo.   

La respuesta se mide por el cambio de color de reactivos que se agregan a la membrana dentro del dispositivo y los resultados se transmiten mediante una aplicación digital de telefonía celular y se analizan utilizando algoritmos llamados redes neuronales. Se determinó que la prueba, que tan sólo dura 15 minutos, tiene una especificidad del 96.3% y una sensibilidad del 85.7%, por lo que es hasta el momento una de las pruebas más sensibles y confiables. 

Los resultados fueron publicados en ACS Nano

jueves, 6 de febrero de 2020

Fatiga en grafeno


Es bien conocido que los materiales se fatigan cuando se someten a esfuerzos cíclicos inferiores a su resistencia máxima. Entender este comportamiento de la dinámica del material es crítico para evaluar su confiablidad a largo plazo.

En este trabajo, investigadores de Canadá y Estados Unidos demostraron que el grafeno posee una muy alta resistencia a la fatiga (100 GPa de resistencia máxima)  y es capaz de soportar más de 109 ciclos  antes de fracturarse. Aplicaron la microscopía de fuerza atómica y encontraron que las monocapas de grafeno pueden resistir hasta 71 GPa, en promedio, valor que resulta ser 5.6 GPa superior al reportado para cualquier otro material.

Estudiaron también el óxido de grafeno (GO) cuyo comportamiento es diferente. En el caso de grafeno, la falla por fatiga ocurre de manera catastrófica y global. Las simulaciones por dinámica molecular revelaron que el esfuerzo aplicado produce una reconfiguración de los enlaces alrededor de sitios con defectos. Por lo contrario, en el GO los grupos funcionales (terminaciones OH) generan un daño local y progresivo, más común en los procesos de fatiga convencionales.

Este trabajo ofrece una nueva metodología para futuros estudios de las propiedades mecánicas de otros materiales 2D.

El artículo contiene un video que ilustra el modelo propuesto:

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Materials