Dibujar con un truco de magia química aparentemente simple

Dibujar con un truco de magia química aparentemente simple

“Esta es la pintura en la que estaremos pintando”. Estamos en el laboratorio del Amsterdam Research Institute AMOLF. El sol brilla. Lukas Helmbrecht me mostró una pequeña baldosa blanca, del tamaño de un sello, que colocó debajo de una lámpara ultravioleta. Luego toma una botella con un líquido transparente e incoloro. Como un mago que demuestra que en realidad no está engañando, Helmbrecht sostiene la botella debajo de una lámpara ultravioleta. “Mira, no le pasa nada a la tinta”.

Con una pipeta, succiona un poco de tinta de la botella y la gotea sobre las baldosas. Una vez que la gota incolora llega a la tela blanca, se ilumina en verde brillante. Incluso en el laboratorio soleado se puede ver claramente. Un material semiconductor que emite luz verde no estaba presente hace un segundo. Se formó en una reacción química ultrarrápida que se produjo entre la tinta y la tela.

Helmbrecht recibió su doctorado por su investigación en dibujo interactivo con tinta sobre lienzo reactivo. Helmbrecht y sus colegas describieron una nueva técnica para fabricar materiales semiconductores, llamada litografía de intercambio iónico. En el post Que apareció esta semana en Materiales avanzados.

Nanocristales y tinta

Además del efecto en las jornadas de puertas abiertas del instituto de investigación, la litografía de intercambio iónico también es beneficiosa. Introduce un nuevo método para la aplicación de semiconductores, que es adecuado para la industria electrónica. “En electrónica, muchos materiales, incluidos los semiconductores, a menudo tienen que colocarse cerca o uno encima del otro”, dice el investigador de Amolph Wim Noorduin, que supervisó la investigación. “Por ejemplo, la pantalla de su teléfono inteligente está hecha de semiconductores entre capas de material aislante”. Ahora, esto se hace construyéndolo capa por capa y perforando entre ellos para crear las estructuras de semiconductores deseadas. Mediante el uso de telas y tinta reactiva, estos procesos de producción podrían ser más sencillos. “La tela es un aislante. Al aplicar la tinta, convertimos la capa superior en un semiconductor. Por ejemplo, un semiconductor se incorpora instantáneamente a un material aislante”, dice Nordwin.

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El material semiconductor producido en la pantalla también es el material de perovskita más prometedor, que se puede utilizar en células solares, sensores y luces LED. La demostración muestra un proceso llamado fotoluminiscencia, en el que las perovskitas emiten luz verde al ser activadas por luz ultravioleta. En la publicación, los investigadores también demostraron las propiedades de un LED de perovskita incorporándolo en un entorno que permite que se envíe una corriente eléctrica a través del material.

¿Cómo funciona un truco de magia química? “Aplicamos una capa de nanocristales de carbonato de plomo al lienzo”, dice Nordwin. Estos nanocristales son miles de veces más pequeños que el grosor de un cabello y forman una capa estable y eléctricamente aislante. Puede untar carbonato de plomo en casi cualquier superficie, desde madera hasta aluminio y vidrio. Esto no es una sorpresa. La pintura con plomo utilizada anteriormente (plomo blanco) se compone de nanocristales y carbonato de plomo. “Sólo en algo blando o flexible se puede romper una capa de nanocristales”, dice Helmbrecht. Puedes aplicarlo de forma sencilla, como si estuvieras preparando una pared.

Puede pintar con una pipeta, delineador, pincel, spray o sello.

Una vez aplicada la capa base, la “pintura” puede comenzar con tinta. “Esto se puede hacer con una pipeta, pero también con un delineador, pincel, spray o sello”, dice Nordwin. La sustancia en la tinta que causa la reacción química es metilbromato de amonio. Este reacciona con el carbonato de plomo para formar una perovskita semiconductora.

Los subproductos que se forman son agua, metilamina y dióxido de carbono.2. “Estas tres sustancias inofensivas son gaseosas o se evaporan fácilmente para que no permanezcan en la tela”, dice Nordwin. Para aquellos que están preocupados por el gas de efecto invernadero CO2: Esta cantidad es limitada. “Se libera más taza de cola que durante este proceso”. A lo que debe prestar atención es al producto terminado perov-skiet. No se puede desechar después de su uso, ya que contiene plomo, que puede ser perjudicial para las personas y el medio ambiente.

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Erizo de mar resplandeciente

La tecnología ahora parece bastante simple. Todo lo que necesita es un lienzo nanocristalino y un método de aplicación de tinta. Durante el espectáculo, el absorbente y la lámpara UV fueron dos de los equipos más avanzados utilizados. Pero se necesitaron años para hacer que la tecnología fuera tan simple. “La mayor parte del tiempo se dedica a crear el concepto”, dice Nordwin. “Después de eso, pasamos mucho tiempo buscando la tinta y los nanocristales adecuados y descubriendo la mejor manera de aplicar la capa nanocristalina”.

“La inspiración para la investigación proviene de conchas y algunos huesos fosilizados”, dice Nordwin. “Están hechos de nanocristales y nos preguntamos si podrían sufrir un cambio químico”. Esta idea dio como resultado la edición 2018 de las reacciones químicas desarrolladas para las conchas y el esqueleto de erizo de mar. “Primero, estamos convirtiendo el carbonato de calcio del esqueleto del erizo de mar en el carbonato de plomo”, dice Nordwin. Luego lo pintamos con tinta reactiva. Esto hizo que este material biológico brillara repentinamente en verde bajo la luz ultravioleta. “

Haciendo la foto Por Marie Curie, usando una plantilla y un spray.
Materiales fotográficos avanzados

Helmbrecht demostró que la tecnología también funciona a mayor escala al cubrir los azulejos del baño con nanocristales. Utilizando una plantilla y un spray, pintó un retrato con luz verde de la ganadora del Premio Nobel Marie Skaudo-Ska-Curie Physical and Chemical Corrie. Siempre que la máquina que utiliza para aplicar la tinta sea lo suficientemente grande, no hay límite para el tamaño de la superficie interactiva, dice Helmbrecht. “El mínimo está determinado por el tamaño de los nanocristales individuales”. Puede hacer pequeños patrones aplicando tinta a un lienzo con un sello delicado. Dado que la tinta no funciona, las gotitas micrométricas también producen manchas micrométricas.

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Píxeles ampliados De perov-skite, 1 μm de separación.
Materiales fotográficos avanzados

“Esta es una investigación muy innovadora y una tecnología prometedora”, dijo Joost Rick, profesor de química en la Universidad de Amsterdam que no participó en la investigación. “La combinación de intercambio iónico y litografía es maravillosa. Hace que la tecnología sea fácil de aplicar y aumentará enormemente el número de posibilidades. Además de las aplicaciones de naturaleza estética, como el arte, veo posibilidades para convertir la luz solar en energía, y otras aplicaciones optoelectrónicas, entre otras cosas “.

Verde, rojo o azul

Al cambiar la tela y la tinta, los investigadores también pueden crear otros materiales además de las perovskitas que emiten luz verde. “Ya hemos desarrollado tintas de perovskita que emiten luz roja o azul”, dice Nordwin. Puede dibujarlos uno al lado del otro en un lienzo. En teoría, también es posible fabricar materiales conductores, aislantes o incluso electrónica integrada compleja utilizando una fórmula de tinta textil adecuada. “Por ejemplo, estamos trabajando con otro grupo de investigación en AMOLF que se especializa en células solares”, dice Nordwin. El lienzo verde brillante debajo de la lámpara UV es solo el punto de partida para muchas de las aplicaciones que los investigadores tienen en existencia de esta tecnología.

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