La escoba más pequeña del mundo

Un equipo de científicos de la Universidad Friedrich-Alexander de Erlangen-Nürnberg (FAU) ha desarrollado un novedoso método de limpieza mecánica de superficies a nanoescala. La técnica elimina con éxito incluso los más pequeños contaminantes hasta la escala atómica, logrando un nivel de limpieza sin precedentes. Los resultados de este estudio dirigido por el Prof. Dr. Erdmann Spiecker del Departamento de Ciencia de Materiales de la FAU han sido publicados en la prestigiosa revista Nature Communications.

La escoba más pequeña del mundo

La inspiración para la técnica fue tomada de la vida cotidiana ya que la limpieza con una escoba funciona de manera similar. Por supuesto, en la nanoescala, en lugar de utilizar una escoba entera, sólo se utiliza una sola cerda en forma de una punta de metal muy pequeña. Esta “cerda” se presiona sobre una superficie y se mueve hacia adelante y hacia atrás en un movimiento de barrido. Es sorprendentemente similar a una escoba normal”, dice el Prof. Spiecker, Presidente de Investigación de Micro y Nanoestructura. Una escoba elimina partículas sueltas como el polvo o las migas de pan, y no es diferente en la nanoescala. Sin embargo, a pequeña escala, la escoba no se controla con la mano, sino con un joystick que controla un pequeño motor piezoeléctrico. Además, se utilizan potentes microscopios electrónicos para vigilar y controlar el proceso de limpieza en tiempo real.

Limpiar la ventana más delgada del mundo

Al limpiar el grafeno, el equipo logró aplicar su técnica al material más delgado que existe, ya que el grafeno está hecho de una sola capa atómica de carbono. Un gran desafío fue limpiar el grafeno de ambos lados, similar a la limpieza del cristal de una ventana”, dice Peter Schweizer, un investigador asociado de la Cátedra de Investigación de Micro y Nanoestructura, que realizó los delicados experimentos con su colega Christian Dolle. “Con nuestros microscopios electrónicos, siempre tenemos que mirar a través del material. De lo contrario, es imposible revelar la estructura atómica”. El grafeno es conocido por su fuerza mecánica. Sin embargo, es muy sorprendente que una capa monoatómica pueda sobrevivir a las altas fuerzas mecánicas de un procedimiento de limpieza sin ser dañada. Cuando se lo dijimos a nuestros colegas por primera vez, no nos creyeron’, añade el Prof. Spiecker.

Nano-polvo: Nada se mantiene limpio para siempre

El hecho de tener superficies atómicamente limpias permitió a los autores de este estudio explorar también los orígenes y mecanismos de la recontaminación a nanoescala. Dejar una muestra limpia en el aire conduce a la rápida acumulación de polvo en su superficie. Esto no es realmente sorprendente ya que estamos muy familiarizados con el polvo que se asienta en nuestros hogares. No hay razón para que esto sea diferente en la nanoescala”, dice el Prof. Spiecker. Además de la contaminación atmosférica, el equipo también encontró una prevalencia de la difusión superficial cuando un espécimen limpio es puesto en un ambiente de vacío, un fenómeno que a menudo se encuentra en los experimentos científicos.

Ensamblaje molecular

Finalmente, el equipo de investigación utilizó las superficies atómicamente limpias como base para el ensamblaje específico de una capa atómicamente fina a partir de bloques de construcción molecular. Las moléculas de porfirina sintetizadas en el Departamento de Química se aplicaron a las superficies limpias y se soldaron en su lugar mediante un haz de electrones de alta potencia. El resultado fue una monocapa parecida a un gráfico con una estructura nanocristalina.

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