Compositos de perovskitas de haluros de plomo y vidrio para la fabricación de LEDS de luz blanca

 

En la investigación para aplicaciones en optoelectrónica de materiales que ofrezcan ventajas sobre aquellos basados en silicio o en compuestos semiconductores binarios con elementos de la tabla periódica de las columnas II-VI, III-V y IV-VI, se encontró que las perovskitas de haluros de plomo poseen bandas prohibidas sintonizables, alta movilidad de portadores de carga y que pueden exhibir fotoluminiscencia en una banda de emisión estrecha y brillante. Sin embargo, sus aplicaciones se ven limitadas por problemas de polimorfismo, segregación de fases, degradación por solventes polares, y lixiviación de plomo.

 

Un grupo internacional de investigadores demostró que la fase fotoactiva de la perovskita de yoduro de cesio y plomo (CsPbI₃), conocida como fase negra, se logra estabilizar en el interior de una matriz microporosa de fase vítrea organometálica obtenida del fundido y enfriamiento criogénico de un enrejado zeolítico nanoestructurado de imidazolato conocido como ZIF (por sus siglas del inglés zeolitic imidazolate framework), con las propiedades fisicoquímicas adecuadas de porosidad, reactividad, rigidez mecánica, ductilidad y respuesta óptica. El método utilizado para formar los compositos CsPbI₃-ZIF fue la sinterización en fase líquida.

 

Los compositos mostraron una alta estabilidad frente a la inmersión en agua, manteniendo 80% de fotoluminiscencia durante 10 000 horas de inmersión, así como a disolventes orgánicos, a la exposición al calor, la luz, el aire y la humedad ambiental. Por su parte, el vidrio estabiliza la perovskita bajo alta excitación láser. Las perovskitas embebidas ofrecen una amplia gama de colores que permitirá la fabricación de LEDs de luz blanca y fabricación de pantallas de vidrio menos propensas a agrietarse y mejor calidad en la nitidez de las imágenes.

 

Los resultados fueron publicados en Science

Efectos citotóxicos asociados al tamaño de NPs de ZnO en células intestinales

 

Las nanopartículas de óxido de zinc (NPs de ZnO) se usan frecuentemente en la industria del envasado de alimentos y como aditivos alimentarios, de tal forma que su ingestión favorece su absorción en el tracto gastrointestinal. En consecuencia, es crucial determinar la bioseguridad del uso de las NPs de  ZnO en productos de consumo alimenticio.  

 

Por esta razón, investigadores de Alemania estudiaron el efecto en la viabilidad de células de colon CaCo-2 y LT97 expuestas a concentraciones de 12 a 1229 µmol/L de NPs de  ZnO   de dos tamaños distintos:  <50 nm y <100 nm.  Demostraron que la internalización de ambos tipos de NPs de ZnO en las células de colon, ocasiona muerte celular por apoptosis dependiente del tiempo de exposición (24 a 72 h) y de las concentraciones de NPs utilizadas, siendo las más tóxicas entre 614 a 1229 µmol/L de NPs. El tamaño de las NPs de ZnO fue determinante para ocasionar cambios en el ciclo celular de las células LT97; las NPs de tamaño <100 nm fueron las más tóxicas; sin embargo, las NPs de ZnO de tamaño <50 nm indujeron un considerable daño en el ADN, detectado por la formación de micronúcleos. El efecto tóxico más evidente se produjo en las células LT96, aunque en las CaCo-2 se encontraron cambios morfológicos asociados al estrés celular y a la citotoxicidad. Estos resultados evidencian la importancia de estudiar la toxicidad potencial de las NPs de ZnO después de la exposición oral, sobre todo considerando su potencial uso en productos alimentarios de consumo comercial.

Estos resultados fueron publicados en la revista Toxics

 

Síntesis de catalizadores monoatómicos con alta carga metálica utilizando puntos cuánticos de grafeno

 

Los catalizadores monoatómicos presentan una actividad extraordinaria por átomo de metal. Sin embargo, la densidad de átomos metálicos es muy baja, usualmente menor al 5% en peso o 1% atómico, lo que limita su rendimiento catalítico.

 

En este trabajo, un grupo internacional de investigadores reportó un método general para la síntesis de catalizadores metálicos monoatómicos, con cargas de metales de transición de hasta 40% en peso o 3.8% atómico, que mejoraron varias veces los porcentajes de actividad reportados en la literatura. El método consiste en intercalar puntos cuánticos de grafeno funcionalizados con grupos amina (NH₂) en una matriz de carbono utilizada como soporte. Los puntos cuánticos proporcionan sitios para anclar a los átomos de metales de transición con una densidad suficientemente alta, pero con suficiente espacio entre ellos para evitar su agregación y la formación de cúmulos o nanopartículas.

 

El método se probó para la dispersión de átomos de Ir, Pt y Ni. Además, se probó en la reacción de reducción electroquímica de CO₂, con átomos de Ni como catalizadores monoatómicos. Se comparó el rendimiento de dos catalizadores de Ni sintetizados con cargas metálicas de 7.6% y 15% en peso. Ambos presentaron una selectividad de hasta 90% pero con muy diferente actividad. El catalizador con la más alta carga metálica (15% en peso) presentó una actividad 2.5 veces mayor que aquel con 7.5% de peso. Para demostrar las altas cargas y la ausencia de cúmulos o nanopartículas en los catalizadores, los investigadores emplearon diversas técnicas analíticas de caracterización.

 

Con este enfoque se espera reducir significativamente el costo de catalizadores de metales nobles como Au, Pt y Pd.

 

Los resultados fueron publicados en Nature Chemestry

Ferroeléctricos moleculares energéticos accionados químicamente

 

Los materiales energéticos son aquellos que almacenan energía química que luego se puede liberar en condiciones apropiadas. La energía química se encuentra almacenada en los enlaces covalentes que unen a los átomos de las moléculas. Los cristales moleculares energéticos almacenan gran cantidad de energía en sus enlaces C–N, N–N y N–O.  Sus fuertes interacciones de acoplamiento entre electrones y fonones prometen una alta densidad de energía a través de ondas térmicas. Asimismo, la ruptura de la simetría en los cristales moleculares induce la polarización espontánea, permitiendo al diseño de ferroeléctricos moleculares.

 

Para integrar ambos fenómenos, un grupo de investigadores  norteamericanos diseñó ferroeléctricos moleculares energéticos empleando tres parámetros de diseño: i. alta temperatura de Curie: ii. poseer simultáneamente alta densidad de energía en los enlaces químicos y una alta tasa de liberación de energía; y iii. un coeficiente piroeléctrico grande para una potencia específica alta. Por sus enlaces energéticos y alto rendimiento ferroeléctrico seleccionaron el cristal  perclorato de imidazol, constituido por un arreglo no-centrosimétrico del catión imidazol (C₃H₅N₂⁺) como ión energético y el anión perclorato (ClO₄⁻) como oxidante Encontraron que tales cristales ferroeléctricos moleculares convierten la energía de onda térmica con una potencia específica de 1.8 kW kg^–1 y se estima que la velocidad de detonación es de 7.20 ± 0.27 km s⁻¹, comparable al trinitrotolueno y al hexanitroestilbeno.

 

El estudio revela que la generación de energía accionada químicamente es el resultado del fuerte acoplamiento entre las ondas térmicas y de choque de la descomposición del compuesto energético y el efecto piroeléctrico (interacción electrón-fonón) que posibilita una rápida liberación de energía eléctrica. Estos hallazgos pueden ser empleados en aplicaciones tecnológicas emergentes como fuentes de energía a pedido, la propulsión o en baterías térmicas.

 

Los resultados fueron publicados en Nature Communications

 

Más información en Nano Werck

Una tumba romana de hace 2050 años proporciona información acerca de la resistencia del concreto antiguo

 

Un estudio del antiguo concreto romano que ha sobrevivido más de 2000 años que se encuentra en la estructura de la tumba de Caecilia Metella ha despertado la curiosidad de los científicos, y los resultados obtenidos inspiran la creación de estructuras fuertes y estables con materiales modernos.

 

Un equipo de científicos utilizó micro-difracción de rayos X y espectroscopia Raman para estudiar la estructura del concreto utilizado durante el Imperio Romano. En particular, la micro-difracción de rayos X ha hecho posible analizar materiales hasta su estructura atómica. Resultó, en esta caso, que el concreto adquirió una naturaleza nanocristalina. El área en donde el concreto se une a los materiales que conecta (piedras, ladrillos) se volvió crítica para la resistencia del edificio. 

 

En el  concreto moderno, las reacciones químicas entre los componentes alcalinos y la sílice (en la composición de la arena) crean geles que se expanden y, por lo tanto, destruyen la estructura. En contraste,  en el  antiguo concreto romano, estas mismas reacciones llevaron a la aparición de estructuras nanocristalinas (sin cambio de volumen, pero con cambio de estructura), que incluso aumentaron su resistencia. Al mismo tiempo, el proceso de cambio continúa, es decir, la estructura se endurece ligeramente  a lo largo del tiempo, lo que le permite resistir fuerzas externas de destrucción, contrario a lo que sucede con el concreto  moderno.

 

Los científicos creen que la durabilidad inusual de las paredes de la tumba de Cecilia Metella se logró mediante  la combinación de dos factores. Primero, los constructores romanos abandonaron la arena como agregado y eligieron tefra (piroclasto), un material rico  en leucita.  En segundo lugar, la tumba se construyó en un lugar con un alto nivel de precipitación y agua subterránea. Esto último dio lugar a una constante reestructuración y "autorreparación" del material de construcción.

 

Según los autores del trabajo, su descubrimiento se puede utilizar para crear un concreto moderno que tenga las mismas cualidades del  antiguo concreto romano. Esto puede resultar especialmente útil en estructuras hidráulicas como presas.

 

Los resultados se publicaron en Journal of the American Ceramic Society