TECNOLOGÍA

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Filamentos inesperados

Un experimento resultó en la aparición de un microtubo cubierto por nanohilos que podría ter aplicaciones en nano y microelectrónica

EVANILDO DA SILVEIRA | ED. 233 | JULIO 2015

 

A partir de microcables coaxiales sólidos surgieron...

A partir de microcables coaxiales sólidos…

En la investigación científica, la búsqueda de un resultado, en muchas ocasiones conduce a otro, incluso más importante, de manera fortuita. Eso fue lo que le ocurrió al físico José Antônio Souza mientras supervisaba la maestría de la alumna Cynthia Gómez, ambos de la Universidad Federal del ABC (UFABC). Gómez estaba desarrollando microcables coaxiales, que pueden utilizarse en telecomunicaciones, para entender cómo fluye por ellos la corriente eléctrica. Entonces notó la formación de ciertas estructuras inesperadas, concretamente, microtubos recubiertos externamente por nanohilos, cuyo diámetro equivale a la millonésima parte de un milímetro. Este estudio condujo a Souza a vislumbrar futuras aplicaciones tecnológicas para ese hallazgo, desde su utilización en nano y microelectrónica hasta en sistemas a los que se conoce con el nombre de drug delivery, donde los microtubos transportan medicamentos hasta algún sitio del organismo donde se necesita que actúen. Para garantizar la prioridad de su eventual explotación económica, ellos realizaron el depósito de la patente relativa al nuevo material en el Instituto Nacional de la Propiedad Industrial (INPI). Una vez a resguardo, los resultados se publicaron en la revista Applied Physics Letters, con la colaboración de los profesores Jeroen Schoenmaker, Alejandro Zúñiga y Denise Criado, todos de la UFABC.

Los microcables coaxiales con los que trabajaban son alambres de zinc (Zn), con un diámetro entre 30 y 120 micrones, recubiertos por una capa de óxido de zinc (ZnO) nanométrica. “Nuestra meta era el estudio del comportamiento de la resistividad eléctrica –o su antagónica, la conductividad– de esos microalambres, con el aumento de la temperatura, la presencia de campos magnéticos, y extraer conclusiones al respecto de la formación de nanoestructuras en su superficie”, dice Souza. “El objetivo era la fabricación de cables coaxiales magnéticos, porque se considera que todo material nanoestructurado presenta magnetismo”.

Para la realización del estudio, Souza y Gómez calentaron los microalambres de zinc en una cámara especial con atmósfera y temperatura controladas. A continuación, se produjo el crecimiento de los nanohilos por encima de la microcapa de óxido de zinc, mediante un mecanismo físico que implica la difusión de iones (átomos cargados eléctricamente) del metal. En la etapa siguiente, hicieron circular una corriente eléctrica por los microcables coaxiales. Lo que sucedió, sorprendió a los investigadores. “La electricidad produjo un efecto asombroso sobre la estructura”, comenta el físico de la UFABC. “Cuando la temperatura alcanzó un valor de 600 oC, el núcleo metálico de zinc se evaporó por completo, y quedó tan sólo un microalambre hueco, recubierto externamente por nanohilos”

Integración de funcionalidades
La temperatura en la que ocurrió ese proceso también sorprendió a los investigadores. Normalmente, el zinc se evapora a 1.000 oC. “La corriente eléctrica elevó bastante la presión de vapor, conduciendo a la evaporación total del metal”, explica Souza. “Nuestro descubrimiento abre el camino para la obtención de microtubos de otros materiales, tales como estaño y aluminio, por ejemplo”. Las estructuras como la que descubrieron los investigadores de la UFABC se denominan jerárquicas, es decir, que están compuestas de dos o más formas diferentes, como son los alambres y tubos. A veces, ellas también presentan tamaños diferentes, como en el caso de aquella que hallaron Souza y Gómez.

...surgieron, luego de un proceso donde convergieron una corriente eléctrica y calor, microtubos  cubiertos por nanohilos

…surgieron, luego de un proceso donde convergieron una corriente eléctrica y calor, microtubos cubiertos por nanohilos

Las posibilidades tecnológicas de tal hallazgo, según el científico, se basan en el hecho de que pueden unificarse las aplicaciones de los nanohilos con las de los microtubos en un único dispositivo, porque se logró fabricarlos en conjunto, en una misma estructura. Los nanohilos, por su parte, pueden emplearse en sensores, en la fabricación de microscopios electrónicos y en circuitos de computadora de menor tamaño que los actuales. Los microtubos, a su vez, se utilizan para el transporte de nanofluidos, tales como el ferrofluido, que contiene nanopartículas magnéticas. “La integración de esas funcionalidades es algo muy importante en el área de la microelectrónica”, dice Souza. “Además, podríamos imaginarnos, por ejemplo, un microtubo cargado con un fármaco y los nanohilos con algún material biocompatible, lo cual permitiría la creación de dispositivos para el área de drug delivery”.

El físico Fábio Coral Fonseca, del Instituto de Investigaciones Energéticas y Nucleares (Ipen), en São Paulo, que estudia materiales para la conversión de energía y magnetismo, añade otras posibles aplicaciones para el descubrimiento de los investigadores de la UFABC. “Esas estructuras pueden explorarse en dispositivos lab-on-a-chip [una especie de laboratorio en miniatura, que permite la elaboración de test y análisis biológicos en un chip], en el caso de que demuestre poseer las propiedades necesarias”, dice. “Otra aplicación que cabe imaginarse sería en la catálisis [aceleración de reacciones químicas], si, por ejemplo, los nanohilos pudieran obtenerse con base en metales o aleaciones con buenas propiedades catalíticas”.

A raíz de la apertura de estas posibilidades de aplicación tecnológica, Fonseca considera importante al trabajo de la UFABC. “Creo que el procesamiento y los fenómenos involucrados en la fabricación de esas estructuras son relevantes”, dice. “Resulta interesante subrayar la simplicidad del método y el uso de la corriente eléctrica en el proceso, que parece cumplir un rol importante en la obtención de las estructuras”. No obstante, Fonseca recuerda que para dilucidar cómo combinar esas propiedades y aplicaciones específicas de nanohilos y microtubos se depende del desarrollo de las investigaciones.

Proyecto
Síntesis y caracterización de las propiedades físicas de materiales nanoestructurados (nº 2013/16172-5); Modalidad Apoyo a la Investigación – Regular; Investigador responsable José Antônio Souza (UFABC); Inversión R$ 75.905,92 y US$ 59.151,64 (FAPESP).

Artículo científico
Gómez, C. M. R. et alMicrotubes decorated with nanowiresApplied Physics Letters. v. 106. may. 2015 (online).


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