Nanotecnología. Mónica Lucía Álvarez-Láinez
compuestos que modifiquen y estabilicen la superficie de las partículas, de manera que se impida estéricamente su posterior crecimiento como ligandos orgánicos o inorgánicos. A continuación, se hace un resumen de los métodos más utilizados.
2.4.1 Precipitación y método hidrotermal
La precipitación química y el hidrotermal son dos de los métodos más sencillos. Se basan en la solubilidad de aniones y cationes en agua o en un solvente, a temperatura y presión controladas. Estos precursores reaccionan para formar partículas, cuyo crecimiento se puede manipular mediante el pH, la concentración y el control de la adición de los reactivos, la temperatura, la agitación y la presión.
2.4.2 Sol-gel
Este método, uno de los más versátiles, se basa en la reacción de hidrólisis y la condensación de alcóxidos metálicos o de sales metálicas, para producir óxidos u otros compuestos estables. Aunque entre los precursores más estudiados se incluyen los alcóxidos de silicio y de titanio, estos también pueden ser de zirconio o de aluminio, entre otros. En la figura 2.6 se muestran de manera simplificada los pasos que tienen lugar en la formación de nanopartículas a través de este método.
Figura 2.6 Reacciones simplificadas para la formación de óxido de silicio mediante sol-gel: a) hidrólisis, b) y c) condensación y d) que representa las partículas suspendidas en una red (gel) molecular que las estabiliza. Las nanopartículas se generan fundamentalmente en las etapas b y c
Por este método, la agregación de partículas disminuye, dado que las que se van formando continuamente durante el proceso quedan suspendidas en una red o gel que se forma durante el avance de la reacción; además de obtener partículas, también se pueden desarrollar películas fotoactivas, autolimpiantes y con propiedades ópticas especiales. Similar al caso de la metodología anterior, el tamaño de las partículas o películas depende de la reactividad de los alcóxidos, el pH del medio, la relación agua/alcóxido, la temperatura de reacción y la naturaleza de los solventes y aditivos. Variando estos parámetros del proceso se pueden obtener materiales con diferentes nanoestructuras y con una química superficial particular.
2.4.3 Método del poliol
Consiste en reducir un precursor metálico (normalmente una sal) mediante un polialcohol, que generalmente es un glicol (1,2-dioles) o un poliglicol. Gracias al alto punto de ebullición del poliol y a su alta constante dieléctrica, los metales pueden disolverse parcial o totalmente, y las reacciones se pueden llevar a cabo en un amplio rango de temperaturas (de 100 a 200 °C)[21]. El poliol cumple el papel de solvente y de agente reductor, y en muchos casos de estabilizante de las nanopartículas que se forman, las cuales por lo general son altamente monodispersas. El método se destinó inicialmente a la síntesis de nanopartículas de cobalto, cobre y níquel[22], pero en la actualidad se emplea también con una gran cantidad de nanopartículas metálicas e inclusive compuestas[23].
En la figura 2.7 se presenta una dispersión de nanopartículas de plata sintetizadas por este método.
Figura 2.7 Nanopartículas de plata de alrededor de 4 nm: a) imagen en tem y b) dispersión completa de las nanopartículas en hexano
Fuente: Ramírez y Jaramillo.[24]
2.5 Métodos de preparación de nanocompuestos
Los nanocompuestos son materiales6 en los que la fase dispersa es de escala nanométrica al menos en una de sus dimensiones. En este sentido, se ha buscado incorporar nanomateriales con materiales de diferentes morfologías, principalmente polímeros, con el fin de aumentar sus propiedades mecánicas y de modular sus propiedades funcionales (eléctricas/electrónicas, ópticas, térmicas, magnéticas, etc.). Dentro de esta familia de materiales, tanto las organoarcillas (arcillas modificadas con sales de amonio con colas orgánicas de relativo alto peso molecular) como las montmorillonitas han sido ampliamente estudiadas.
La figura 2.8 muestra la dispersión típica que se encuentra en este tipo de sistemas.
Figura 2.8 Conformación de un nanocompuesto de matriz polimérica: a) microcompuesto que conserva aún la separación de fases, b) nanocompuesto intercalado y c) nanocompuesto exfoliado. Los rectángulos alargados representan la arcilla cristalina; y las líneas curvas, la matriz polimérica
Para fabricar este tipo de nanocompuestos existen varios métodos de procesamiento, entre los que se destacan el mezclado en solución, la polimerización in situ y el mezclado físico por fusión, que se describen a continuación.
2.5.1 Mezclado en solución
Las nanopartículas son dispersadas en un solvente, generalmente por la modificación superficial de las partículas usando agentes de acoplamiento, o estabilizadas mediante surfactantes o agentes dispersantes. Estas, a su vez, se mezclan con el polímero en solución, y luego se retiran los solventes para obtener el nanocompuesto. En este método suele presentarse agregación de las nanopartículas, y no una buena distribución de estas.
2.5.2 Polimerización in situ
En este método, las nanopartículas (preferiblemente modificadas superficialmente) se mezclan con el monómero o con los monómeros en solución. Mediante la adición de un iniciador o de un catalizador de la reacción, se logra la polimerización, y las partículas quedan embebidas en la matriz polimérica. Con este método, las nanopartículas presentan mejor dispersión en la matriz, y generalmente se obtienen nanocompuestos con mejores propiedades.
2.5.3 Mezclado físico por fusión
Normalmente se aplica este método para polímeros termoplásticos. El mezclado físico por fusión se logra gracias a la mezcla previa del polímero con las nanopartículas, en una extrusora o mezcladora de torque controlado. En este caso, si se trata de poliolefinas, se puede emplear la técnica de extrusión reactiva mediante la incorporación al polímero de algunos compuestos reactivos de cola no polar y cabeza polar, para compatibilizarlo mejor con la fase dispersa inorgánica nanométrica. En otros casos, para preparar los nanocompuestos es posible contar con master batch (mezclas concentradas de polímeros / fases dispersas, comercialmente disponibles), que se pueden mezclar con polímeros vírgenes.
2.6 Nanolitografía
Este proceso se considera top-down, y es la transferencia de un patrón desde una plantilla o máscara hasta otro medio en el cual alguna dimensión lateral debe ser aproximadamente de 100 nm. Las técnicas convencionales suelen ser: grabado con haces de iones focalizados (fib), por ataque químico y en húmedo. Sin embargo, en la actualidad se están implementando nuevas técnicas para manipular objetos en la nanoescala y hacer nanofabricación. Algunos de los instrumentos para llevar a cabo esta nanomanipulación son tanto los microscopios de barrido por sonda (spm) como los de fuerza atómica (afm) y de barrido túnel (stm), con los cuales se pueden mover átomos, nanotubos de carbono, nanopartículas o cualquier objeto a escala nanométrica, que hacen posible grabar, escribir o imprimir[18].
En la tabla 2.1, se presentan las diferentes técnicas utilizadas para hacer litografía y fabricar nanoobjetos en 3D, la gran mayoría de ellas se basan en la industria de los circuitos integrados.
Tabla 2.1 Principales técnicas litográficas de nanofabricación
| Técnicas litográficas | Tamaño mínimo | Rendimiento | Aplicaciones |
| Fotolitografía (impresión de contacto y proximidad) | 2-3 μm | Muy alto | Diseño a escala, de laboratorio y producción de mems |
| Fotolitografía (impresión de proyección) | 37 nm | Alto a muy alto (60-80 wafer/hr) | Productos comerciales y electrónica avanzada |
| Litografía suave | De unos pocos nanómetros (30 nm) a micras | Alto | Microfluídica |
| Litografía nanoimpresión | 6-40 nm | Alto (>5 wafer/hr) | Bioelectrónica, biosensores, |