Somos constantes inmerso en campos magnéticos. La tierra produce un campo que nos envuelve. Las tostadoras, los microondas y todos nuestros otros electrodomésticos crean sus propios electrodomésticos débiles. Todos estos campos son lo suficientemente débiles como para no sentirlos. Pero en la nanoescala, donde todo es tan pequeño como unos pocos átomos, los campos magnéticos pueden ganar terreno.

En un nuevo estudio publicado en el Carta de letras de Journal of Physical Chemistry En abril, los científicos de UC Riverside aprovecharon este fenómeno al sumergir un vapor de metal en un campo magnético y luego observarlo ensamblar gotas de metal fundido en nanopartículas de forma predecible. Su trabajo podría facilitar la construcción de las partículas exactas que los ingenieros desean para casi cualquier cosa.

Las nanopartículas de metal son más pequeñas que una diez millonésima de pulgada o solo un poco más grandes que el ancho del ADN. Se utilizan para fabricar sensores, equipos de imágenes médicas, componentes electrónicos y materiales que aceleran las reacciones químicas. Se pueden suspender en líquidos, como pinturas, que utilizan para prevenir el crecimiento de microorganismos, o en algunos protectores solares para aumentar su SPF.

Si bien es posible que no los notemos, están esencialmente en todas partes, dice Michael Zachariah, profesor de ingeniería química y ciencia de los materiales en UC Riverside y coautor del estudio. “La gente no lo piensa así, pero el neumático de su automóvil es un dispositivo de nanotecnología avanzada”, dice. «El diez por ciento de los neumáticos de su automóvil tienen estas nanopartículas de carbono para aumentar el rendimiento de desgaste y la resistencia mecánica del neumático».

La forma de una nanopartícula, ya sea redonda y grumosa o delgada y parecida a un hilo, determina su efecto cuando se incrusta en un material o se agrega a una reacción química. Las nanopartículas no tienen una forma para todos; Los científicos deben diseñarlos para que se ajusten exactamente a su aplicación.

Los ingenieros de materiales pueden usar procesos químicos para dar forma a estas formas, pero hay una compensación, dice Panagiotis Grammatikopoulos, un ingeniero de la Unidad de Nanopartículas por Diseño en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa que no participó en este estudio. Las técnicas químicas permiten un buen control sobre la forma, pero requieren sumergir átomos de metal en soluciones y agregar químicos que afectan la pureza de las nanopartículas. Una alternativa es la evaporación, que convierte los metales en pequeñas gotas flotantes que pueden colisionar y combinarse. Pero, dice, la dificultad está en dirigir su movimiento. «Se trata de cómo se puede lograr el mismo tipo de control que los humanos tienen con los métodos químicos», dice.

Controlar las partículas metálicas vaporizadas es un desafío, concuerda Pankaj Ghildiyal, estudiante de doctorado en el laboratorio de Zachariah y autor principal del estudio. Cuando las nanopartículas se ensamblan a partir de metales vaporizados, su forma está dictada por las fuerzas brownianas o las asociadas con el movimiento aleatorio, dice. Cuando solo las fuerzas brownianas tienen el control, las gotas de metal se comportan como un grupo de niños en un patio de recreo: todos se mueven al azar. Pero el equipo de UC Riverside quería ver si bajo la influencia de un campo magnético actuarían más como bailarines y seguirían la misma coreografía para lograr formas predecibles.

El equipo comenzó colocando un metal sólido dentro de un dispositivo llamado bobina electromagnética que crea fuertes campos magnéticos. El metal se derritió, se convirtió en vapor y comenzó a flotar, sostenido en el aire por el campo. Luego, las gotas calientes comenzaron a combinarse, como si todos estuvieran buscando parejas de baile. Pero en este caso, el campo magnético de la bobina dirigió la coreografía para que todos se alinearan de manera ordenada y determinaran qué mano del compañero podía agarrar cada gota.

El equipo descubrió que los diferentes tipos de metales tendían a formar diferentes formas debido a sus interacciones específicas con el campo. Los metales magnéticos como el hierro y el níquel formaban estructuras fibrosas lineales. Las gotas de cobre que no son magnéticas forman nanopartículas más grumosas y compactas. Fundamentalmente, en lugar de convertirlos a todos en el mismo tipo de bulto aleatorio, el campo magnético hizo que las dos formas fueran predeciblemente diferentes según el tipo de metal.