{"id":10584,"date":"2023-08-30T11:00:23","date_gmt":"2023-08-30T11:00:23","guid":{"rendered":"https:\/\/revistanyt.com.ar\/online\/?p=10584"},"modified":"2023-08-30T03:16:00","modified_gmt":"2023-08-30T03:16:00","slug":"avanzan-en-la-construccion-de-nanosistemas-eficientes-para-la-conversion-de-luz-en-calor","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistanyt.com.ar\/online\/avanzan-en-la-construccion-de-nanosistemas-eficientes-para-la-conversion-de-luz-en-calor\/","title":{"rendered":"Avanzan en la construcci\u00f3n de nanosistemas eficientes para la conversi\u00f3n de luz en calor"},"content":{"rendered":"

Un equipo, conformado por especialistas del CONICET e investigadores argentinos de la Universidad de Munich, comprob\u00f3 que hay dise\u00f1os que incrementan el desempe\u00f1o de nanopart\u00edculas para convertir luz en calor (\u00fatil para la utilizaci\u00f3n de energ\u00eda solar en diversas aplicaciones), y adem\u00e1s dise\u00f1\u00f3 un \u201cnanoterm\u00f3metro\u201d que sirve para evaluar su eficiencia.<\/strong><\/span><\/p>\n

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Un estudio internacional, liderado por especialistas del CONICET e investigadores argentinos radicados en Alemania, aport\u00f3 informaci\u00f3n y herramientas que allanan el camino para el desarrollo de materiales nanotecnol\u00f3gicos capaces de convertir eficientemente luz en calor, un paso importante para la utilizaci\u00f3n de energ\u00eda solar en diversas aplicaciones. El trabajo se describe en la revista Nature Communications <\/em>y es el resultado de una colaboraci\u00f3n entre laboratorios del Centro de Investigaciones en Bionanociencias (CIBION, CONICET), de la Universidad Nacional de San Mart\u00edn\u00a0(UNSAM) y de la Universidad de M\u00fanich en Alemania.<\/p>\n

\u201cLa mayor\u00eda de las disciplinas cient\u00edficas que se ocupan de la nanoescala presentan alg\u00fan fen\u00f3meno inducido o regulado por temperatura. El control y la medici\u00f3n de la temperatura resulta fundamental para un amplio rango de \u00e1reas de conocimiento, que incluyen, pero no se limitan, a la microelectr\u00f3nica, nano-medicina, generaci\u00f3n de energ\u00edas renovables, biolog\u00eda celular, fotocat\u00e1lisis y microflu\u00eddica, entre otras.\u201d, indica Juli\u00e1n Gargiulo, primer autor del trabajo e investigador del CONICET en el Instituto de Nanosistemas (INS, UNSAM).\u00a0 Y agrega: \u201cHace tiempo que entre los equipos de Munich y Buenos Aires venimos estudiando a las nanopart\u00edculas de oro para calentar de forma controlada regiones del espacio muy peque\u00f1as, ya que son muy eficientes para convertir luz en calor\u201d.<\/p>\n

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Luciana Mart\u00ednez (izq.), Juli\u00e1n Gargiulo, Ianina Violi y Fernando Stefani. Cr\u00e9ditos: Fotografia CONICET\/Ver\u00f3nica Tello<\/span><\/p><\/div>\n

Dise\u00f1o del nanomaterial para fotos\u00edntesis artificial y del \u201cnanoterm\u00f3metro\u201d<\/strong><\/p>\n

El desarrollo de nanomateriales para hacer fotos\u00edntesis artificial es una de las \u00e1reas en las que el estudio de la temperatura es de especial importancia. Este fue el tema que abord\u00f3 Mat\u00edas Herr\u00e1n en su tesis de doctorado en el grupo de Nanomateriales para Energ\u00eda que lidera Emiliano Cortes en la Universidad de M\u00fanich. Ambos investigadores participaron del estudio y son egresados de la Universidad de La Plata (UNLP).<\/p>\n

\u201cEl objetivo de mi tesis fue desarrollar materiales nanoestructurados y utilizarlos para hacer fotos\u00edntesis artificial, es decir imitar lo que hacen las plantas, que es aprovechar la energ\u00eda solar para producir otros tipos de energ\u00eda. En este proceso es importante captar la luz solar y encontrar materiales que permitan su uso para asistir reacciones qu\u00edmicas y aportar soluciones a problemas energ\u00e9ticos, \u00e1rea en el que se especializa el grupo de Emiliano en Alemania. Nuestro estudio sobre la conversi\u00f3n de luz en calor nos permiti\u00f3 lograr una mayor comprensi\u00f3n de c\u00f3mo estos materiales manipulan dicha energ\u00eda\u201d, se\u00f1ala Herr\u00e1n.<\/p>\n

En el grupo de Nanomateriales para Energ\u00eda de la Universidad de M\u00fanich se desarrollaron nanoestructuras formados por dos metales: el oro y el paladio. Lo que hicieron fue combinarlos con diversas geometr\u00edas. Por ejemplo, recubrir una esfera de oro con una c\u00e1scara homog\u00e9nea de paladio, o recubrirla con peque\u00f1os sat\u00e9lites de paladio. \u201cEl objetivo era entender el efecto de la geometr\u00eda en la generaci\u00f3n de calor\u201d, explica Herr\u00e1n.<\/p>\n

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Simone Ezendam (izq.), Mat\u00edas Herr\u00e1n y Emiliano Cortes en el Laboratorio de Nanomateriales para Energ\u00eda en la Universidad de M\u00fanich.<\/span><\/p><\/div>\n

Ianina Violi, investigadora del CONICET con lugar de trabajo en INS, UNSAM y tambi\u00e9n autora del estudio, explica que las nanopart\u00edculas de oro constituyen la antena del nanosistema y que miden aproximadamente una mil millon\u00e9sima parte de un metro. \u201cEstas nanopart\u00edculas de oro tienen una propiedad muy \u00fanica ya que cuando se las ilumina son capaces de concentrar la luz en regiones muy peque\u00f1as del espacio. Despu\u00e9s esta energ\u00eda se transmite al paladio que es el \u2018reactor\u2019 o material que acelera las reacciones qu\u00edmicas, tambi\u00e9n llamado catalizador\u201d, puntualiza.<\/p>\n

Del mismo modo que cuando se concentra luz del sol con una lupa y se quema un papel, estos nanomateriales se calientan al iluminarlos. \u201cSaber cu\u00e1nto se calientan es muy importante, porque la temperatura influye mucho en cu\u00e1n r\u00e1pido sucede una reacci\u00f3n qu\u00edmica. Tambi\u00e9n te indica cuan intensamente se pueden iluminar los sistemas antes de da\u00f1arlos. Sin embargo, es muy dif\u00edcil medir temperatura de objetos tan peque\u00f1os. Lo que hicimos fue desarrollar un nanoterm\u00f3metro para poder medir esa temperatura y luego estudiar distintas maneras de combinar el oro y el paladio de forma tal de regular cu\u00e1nto se calienta el sistema\u201d, destaca Gargiulo, doctor en f\u00edsica de la UBA quien para realizar este trabajo obtuvo el financiamiento de una beca de la DAAD alemana llamada \u201cPRIME Fellowship\u201d con lugar de trabajo compartido entre el Centro de Investigaciones en Bionanociencias (CIBION, CONICET) dirigido por Fernando Stefani y el grupo de Emiliano Cortes en la Universidad de M\u00fanich en Alemania.<\/p>\n

Para poder medir la temperatura de objetos nanom\u00e9tricos, el equipo construy\u00f3 un microscopio especializado que permite analizar la luz que emite cada nanopart\u00edcula. \u201cDel mismo modo que el color de una brasa de carb\u00f3n (si es m\u00e1s naranja o blanca) nos indica cu\u00e1n caliente est\u00e1, la luz emitida por cada part\u00edcula posee informaci\u00f3n sobre su temperatura\u201d, explica Gargiulo.<\/p>\n

\u201cEn este trabajo aplicamos m\u00e9todos de termometr\u00eda de part\u00edculas individuales que ofrecen ventajas \u00fanicas para estudiar cu\u00e1nto y c\u00f3mo se calientan las nanopart\u00edculas en distintas condiciones\u201d, indica Stefani, doctor en Qu\u00edmica e ingeniero en Materiales e investigador del CONICET en el CIBION.<\/p>\n

Asimismo, Violi agrega que se comprob\u00f3 que el aumento de temperatura \u201cdepende much\u00edsimo de la forma en la que se acomode el paladio alrededor del oro, es decir, si est\u00e1 como una c\u00e1scara o como peque\u00f1os sat\u00e9lites. En este \u00faltimo caso, el aumento de temperatura es igual a que si no hubiera paladio. En cambio, si se coloca como recubrimiento completo alrededor del oro, no importa de qu\u00e9 espesor, el nanosistema se calienta mucho menos\u201d.<\/p>\n

\u201cNuestros resultados ponen de manifiesto, una vez m\u00e1s, una de las bases fundamentales de la nanotecnolog\u00eda, que indica que un material con exactamente la misma composici\u00f3n (en este caso de oro y de paladio), puede tener propiedades muy diferentes dependiendo de c\u00f3mo se organiza en el espacio,\u201d, subraya Gargiulo.<\/p>\n

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Equipo empleado para medir la temperatura de los nanosistemas sometidos a luz. Cr\u00e9ditos: Fotografia CONICET\/Ver\u00f3nica Tello<\/span><\/p><\/div>\n

Luciana Mart\u00ednez, tambi\u00e9n autora del estudio y becaria doctoral del CONICET en el CIBION, explica que \u201cmedir la temperatura presenta un desaf\u00edo muy grande cuando se quiere realizar en la micro y nanoescala\u201d Al ser iluminadas, las nanopart\u00edculas act\u00faan como calentadores muy eficientes, que pueden utilizarse para fotocatalizar reacciones qu\u00edmicas en la microflu\u00eddica y en la biolog\u00eda.\u00a0 \u201cPor eso para su aprovechamiento es importante tener un m\u00e9todo que mida su temperatura exacta\u201d, se\u00f1ala Mart\u00ednez. Y agrega: \u201cEn los \u00faltimos a\u00f1os medimos las propiedades fotot\u00e9rmicas del oro en distintos formatos: a distintos tama\u00f1os de nanoesferas e incluso en diversas geometr\u00edas, en forma de nanoestrellas, pero nunca hab\u00edamos medido a un sistema h\u00edbrido de varios materiales y no sab\u00edamos qu\u00e9 rol iba a jugar la interfase del material.\u201d<\/p>\n

Para Violi, el estudio \u201caporta datos importantes para poder desarrollar catalizadores m\u00e1s eficientes para muchos tipos diferentes de reacciones qu\u00edmicas, pero tiene utilidad en un amplio rango de aplicaciones en nanotecnolog\u00eda\u201d.<\/p>\n

\u201cMi grupo en Alemania se encuentra desarrollando nuevos nanomateriales y t\u00e9cnicas para el estudio de procesos de conversi\u00f3n de energ\u00eda solar, t\u00e9rmica o el\u00e9ctrica a energ\u00eda qu\u00edmica. Algunos ejemplos que trabajamos son la producci\u00f3n de hidrogeno verde y de otros combustibles renovables, y el almacenamiento de energ\u00eda en nuevos nanomateriales para bater\u00edas, entre otros. Nos enfocamos en la sustentabilidad de los procesos para alcanzar una econom\u00eda circular. Contamos con la colaboraci\u00f3n de diversos grupos alrededor del mundo, incluyendo varios de Argentina, como en este caso por ejemplo\u201d resalta Cortes desde Alemania.<\/p>\n

Asimismo, Gargiulo y Violi destacan la reciente inauguraci\u00f3n de un laboratorio de \u00f3ptica en el Instituto de Nanosistemas de UNSAM, donde se instalar\u00e1n equipos para medir temperatura de nanobjetos. \u201cEl Instituto de Nanosistemas es un ambiente muy estimulante para trabajar porque sus integrantes desarrollan nuevos nanosistemas con m\u00faltiples propiedades. Los nuevos equipos permitir\u00e1n seguir investig\u00e1ndolos y optimiz\u00e1ndolos, como se ha hecho en este estudio\u201d, concluye Gargiulo.<\/p>\n

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Nanoesferas de Oro de 60 nan\u00f3metros de di\u00e1metro (Izq.) fueron recubiertas por paladio de dos formas distintas: por peque\u00f1os sat\u00e9lites de 5 nan\u00f3metros de di\u00e1metro (centro) o por una c\u00e1scara de 2 nan\u00f3metros. (Der.)<\/span><\/p><\/div>\n<\/div>\n

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Referencia bibliogr\u00e1fica: <\/strong>Gargiulo, J., Herran, M., Violi, I. L., Sousa-Castillo, A., Martinez, L. P., Ezendam, S., \u2026 & Cort\u00e9s, E. (2023). Impact of bimetallic interface design on heat generation in plasmonic Au\/Pd nanostructures studied by single-particle thermometry.\u00a0Nature Communications<\/em>,\u00a014<\/em>(1), 3813.<\/p>\n

https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41467-023-38982-9<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Autor: Bruno Geller<\/span><\/p>\n

Fuente: CONICET<\/span><\/p>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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