Un estudio reciente aporta información nueva y reveladora para el desarrollo de nanomateriales capaces de convertir eficientemente luz en calor, un paso importante para la utilización de la energía solar en ciertas aplicaciones.

 

El estudio lo ha realizado un equipo internacional, liderado por especialistas del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) de Argentina e investigadores argentinos radicados en Alemania.

 

En el equipo han intervenido especialistas del Centro de Investigaciones en Bionanociencias (CIBION) del CONICET, la Universidad Nacional de San Martín (UNSAM) en Argentina y la Universidad de Múnich en Alemania.

 

“La mayoría de las disciplinas científicas que se ocupan de la nanoescala presentan algún fenómeno inducido o regulado por temperatura. El control y la medición de la temperatura resulta fundamental para un amplio rango de áreas de conocimiento, que incluyen, pero no se limitan, a la microelectrónica, nanomedicina, generación de energías renovables, biología celular, fotocatálisis y microfluídica, entre otras.”, indica Julián Gargiulo, coautor del estudio e investigador del CONICET en el Instituto de Nanosistemas (INS, UNSAM). Y agrega: “Hace tiempo que entre los equipos de Múnich y Buenos Aires venimos estudiando a las nanopartículas de oro para calentar de forma controlada regiones del espacio muy pequeñas, ya que son muy eficientes para convertir luz en calor”.

 

Diseño del nanomaterial para fotosíntesis artificial y del “nanotermómetro”

 

El desarrollo de nanomateriales para hacer fotosíntesis artificial es una de las áreas en las que el estudio de la temperatura es de especial importancia. Este fue el tema que abordó Matías Herrán en su tesis de doctorado en el grupo de Nanomateriales para Energía que lidera Emiliano Cortes en la Universidad de Múnich. Ambos investigadores participaron del estudio y son egresados de la Universidad de La Plata (UNLP) de Argentina.

 

“El objetivo de mi tesis fue desarrollar materiales nanoestructurados y utilizarlos para hacer fotosíntesis artificial, es decir imitar lo que hacen las plantas, que es aprovechar la energía solar para producir otros tipos de energía. En este proceso es importante captar la luz solar y encontrar materiales que permitan su uso para asistir reacciones químicas y aportar soluciones a problemas energéticos, área en el que se especializa el grupo de Emiliano en Alemania. Nuestro estudio sobre la conversión de luz en calor nos permitió lograr una mayor comprensión de cómo estos materiales manipulan dicha energía”, señala Herrán.

 

En el grupo de Nanomateriales para Energía de la Universidad de Múnich se desarrollaron nanoestructuras formados por dos metales: el oro y el paladio. Lo que hicieron fue combinarlos con diversas geometrías. Por ejemplo, recubrir una esfera de oro con una cáscara homogénea de paladio, o recubrirla con pequeños satélites de paladio. “El objetivo era entender el efecto de la geometría en la generación de calor”, explica Herrán.

 

Ianina Violi, investigadora del CONICET con lugar de trabajo en el INS, la UNSAM y también coautora del estudio, explica que las nanopartículas de oro constituyen la antena del nanosistema y que miden aproximadamente una milmillonésima parte de un metro. “Estas nanopartículas de oro tienen una propiedad muy única ya que cuando se las ilumina son capaces de concentrar la luz en regiones muy pequeñas del espacio. Después esta energía se transmite al paladio que es el ‘reactor’ o material que acelera las reacciones químicas, también llamado catalizador”, puntualiza.

 

Del mismo modo que cuando se concentra luz del sol con una lupa y se quema un papel, estos nanomateriales se calientan al iluminarlos. “Saber cuánto se calientan es muy importante, porque la temperatura influye mucho en cuán rápido sucede una reacción química. También te indica cuan intensamente se pueden iluminar los sistemas antes de dañarlos. Sin embargo, es muy difícil medir temperatura de objetos tan pequeños. Lo que hicimos fue desarrollar un nanotermómetro para poder medir esa temperatura y luego estudiar distintas maneras de combinar el oro y el paladio de forma tal de regular cuánto se calienta el sistema”, destaca Gargiulo, doctor en física de la Universidad de Buenos Aires (UBA) en Argentina, 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 Múnich en Alemania.

 

Para poder medir la temperatura de objetos nanométricos, el equipo construyó un microscopio especializado que permite analizar la luz que emite cada nanopartícula. “Del mismo modo que el color de una brasa de carbón (si es más naranja o blanca) nos indica cuán caliente está, la luz emitida por cada partícula posee información sobre su temperatura”, explica Gargiulo.