Nuevo método de cultivo de nanoplaquetas podría desbloquear mejores dispositivos electrónicos

Un grupo de investigadores acaba de presentar un estudio detallado que profundiza en un nuevo método de cultivo de nanoplaquetas con el potencial de mejorar significativamente la electrónica. El método requiere menos energía y costos y brinda mayor consistencia que los procesos actuales. Aquí tienes todo lo que necesitas saber.

Nanoplaquetas de CsPbBr3

Las nanoplaquetas son láminas microscópicas y delgadas de material. Estas láminas pueden usarse para varios propósitos dependiendo del material y sus características. Hoy en día, puedes encontrar estos dispositivos en muchos de tus sensores más importantes, LEDs e incluso paneles solares. Su uso generalizado se debe a las propiedades ferroelectricas de los materiales que presentan ciertas variantes.
En particular, los materiales ferroelectricos pueden mantener su polarización, la cual puede invertirse cuando se detecta un voltaje. Como tal, desempeñan roles vitales en muchas de las estructuras de alta tecnología actuales. Sin embargo, existen algunas desventajas en los métodos actuales utilizados para crear estos microcristales útiles.

Problemas con las nanoplaquetas de CsPbBr3 actuales

Varios problemas han limitado el uso de nanoplaquetas de CsPbBr3; el principal inconveniente de los procesos de fabricación actuales es que son muy costosos. Crear cristales de CsPbBr3 de alta calidad requiere altas temperaturas y equipos especializados, y no puede producir cristales más grandes y útiles de manera fiable. Reconociendo estas deficiencias, el equipo propuso una nueva técnica para crear el cristal necesario para fabricar nanoplaquetas de CsPbBr3 grandes y fiables.

Estudio de nanoplaquetas de CsPbBr3

El estudio titulado “Crecimiento solvotérmico a temperatura cercana a la ambiente de nanoplaquetas ferroelectricas de CsPbBr3 con corriente oscura ultrabaja” se publicó este mes en la revista científica Advanced Materials. Explica cómo los ingenieros pudieron utilizar un nuevo método basado en solventes para mejorar la fiabilidad, reducir costos y aumentar el tamaño de los cristales que podían crear de manera constante.

Síntesis solvotérmica

El nuevo método del equipo para crear cristales se basa en un proceso llamado síntesis solvotérmica. En este proceso de fabricación, se utiliza un químico precursor para facilitar el crecimiento de los cristales. La solución es a base de alcohol y proporciona una solubilidad superior, lo que permite la formación de nanoplaquetas más grandes y consistentes. El material disuelto se reorganiza como nanoplacas ultra delgadas que miden solo micrómetros de espesor.

En comparación, el cabello humano puede variar entre 30 y 80 micrómetros de grosor. Estas plaquetas microscópicas son la adición ideal para la electrónica avanzada que requiere materiales ligeros y fiables que puedan producirse en masa de forma asequible. Una vez que el equipo creó sus microdispositivos, fue momento de probar su teoría.

Pruebas de nanoplaquetas de CsPbBr3

Los ingenieros realizaron múltiples pruebas sobre las nanoplaquetas de CsPbBr3. Comenzaron probando las características eléctricas, luego la luz, y después la durabilidad y consistencia. Para asegurar resultados precisos, se emplearon varios métodos de prueba.

Microscopía de fuerza piezorrespuesta

Uno de los principales puntos de interés fueron las capacidades eléctricas de las nuevas nanoplaquetas. Los investigadores necesitaban probar estas características para asegurar que las unidades mantuvieran conductividad. Específicamente, querían saber cuánto, cuánto tiempo y qué efectividad. El equipo observó ferroelectricidad en los puntos cuánticos de CsPbBr3 y pudo medir la respuesta mecánica específica de los cristales bajo varios campos eléctricos.

Generación de segunda armonía

Los investigadores también estaban interesados en la captura de luz y la sensibilidad de estos dispositivos. Integraron pruebas de generación de segunda armonía para observar exactamente qué frecuencias de luz producen los cristales bajo ciertas corrientes. Estas pruebas ayudaron al equipo a comprender mejor las capacidades de detección de luz de sus microcristales.

Resultados

Los resultados del trabajo del equipo hablan por sí mismos. Los nanocristales se crearon con éxito. Además, lograron mantener y superar las propiedades ferroelectricas de los cristales anteriores, lo que significa que el nuevo método produjo cristales más eficientes energéticamente y sensibles.
Las pruebas también revelaron que el nuevo método para cultivar estas unidades fue exitoso. Los investigadores pudieron sintetizar cristales ferroelectricos masivos de CsPbBr3 usando este enfoque, lo cual es una primicia en el sector. Esta capacidad podría revolucionar el mercado al permitir a los desarrolladores integrar sensores más sensibles y eficaces en sus dispositivos electrónicos sin aumentar los precios. Específicamente, la prueba mostró que los nuevos microcristales son 100 veces más efectivos en la detección de luz que sus predecesores.

Beneficios

Esta investigación aporta varios beneficios al mercado. Durante años, los ingenieros han buscado formas de crear sensores de luz más sensibles y dispositivos más ligeros. Estas unidades son vitales en la electrónica actual, la producción de energía y las industrias de la ciencia de materiales. Las nanoplaquetas ofrecen una solución viable a estos problemas porque son diminutas, ligeras y, cuando se crean correctamente, duraderas.

Cerca de la temperatura ambiente

Uno de los mayores beneficios que introduce el nuevo método de formación de cristales es la capacidad de crear nanoplaquetas a una temperatura cercana a la ambiente. El uso de solventes en lugar de calor intenso o radiación abre la puerta a procesos de fabricación menos disruptivos. El nuevo enfoque elimina la necesidad de dispositivos de alta potencia, permitiendo que más fabricantes adopten los métodos mientras reducen costos.

Creación de cristales por lotes

La demanda de nanoplaquetas está en aumento, y este último estudio ayudará a satisfacer esas demandas. Crear grandes lotes de nanoplaquetas de CsPbBr3 ha demostrado ser difícil en el pasado. Por un lado, los procesos iniciales no soportaban la creación de lotes de cristales. Este nuevo enfoque brinda uniformidad en todo el proceso de fabricación, permitiendo a los ingenieros producir fácilmente nanoplaquetas de CsPbBr3 duraderas.

Costos más bajos

Crear nanoplaquetas con los métodos actuales es costoso. Las herramientas especializadas que pueden soportar altas temperaturas a nivel micrónico son difíciles de usar, limitadas en disponibilidad y caras de diseñar, fabricar, distribuir y mantener. Al usar elementos solventes a base de alcohol, muchos de estos requisitos se abren a una adopción generalizada de este proceso de fabricación de nanoplaquetas en el futuro.

Mejores propiedades eléctricas

El método de solución solvente proporciona mejor conductividad eléctrica y polarización en comparación con técnicas de fabricación anteriores. Estas características podrían ayudar a los ingenieros a crear paneles solares, LEDs y equipos de observación óptica más eficaces.

Dispositivos más pequeños

Otra razón importante por la que la industria observa este estudio con entusiasmo es que las nanoplaquetas son componentes críticos en la microelectrónica actual. El método de solución solvente facilita la creación de plaquetas pequeñas y fiables que pueden integrarse en otros nano o micro robots. Estos dispositivos microscópicos son vistos por muchos como el futuro de múltiples industrias.

Investigadores

El estudio fue presentado por un equipo de ingenieros liderado por Gokul Anilkumar, Dr. Rahman  Dr. Goutam Sheet y el Prof. Pavan Kumar del IISER, y la Dra. Sooyeon Hwang del Laboratorio Nacional Brookhaven. Cada integrante aportó sus habilidades específicas al proyecto, lo que permitió al grupo realizar una variedad de pruebas en múltiples espectros y utilizando los últimos modelos.

Aplicaciones potenciales

Existen varias aplicaciones de caso de uso para las nanoplaquetas en distintas industrias. Estos dispositivos son cruciales en la economía actual, donde se han utilizado para crear materiales más resistentes, prevenir la propagación de enfermedades y mucho más. A continuación, las principales aplicaciones potenciales de las nanoplaquetas de CsPbBr3 del equipo.

Sensor ultrasensible

Uno de los principales casos de uso de este descubrimiento es la introducción de detectores de luz ultra sensibles. Estos sensores podrían inaugurar una nueva era de paneles solares de alta potencia lo suficientemente sensibles como para captar luz de fuentes débiles como el cielo nocturno. Si tiene éxito, la energía solar obtendría un gran impulso en fiabilidad, eficiencia y tamaño, ya que los nuevos paneles podrían ser mucho más efectivos que los modelos anteriores.

Además, los sensores pueden configurarse para crear equipos de seguridad y monitoreo mejores. Estos sensores pueden detectar la más mínima cantidad de energía producida por luz, rayos X u otras fuentes de radiación. Como tal, podrían hacer los lugares de trabajo más seguros al proporcionar métodos de detección más fiables.

Protección y gestión térmica

La industria aeroespacial ha utilizado durante mucho tiempo las nanoplaquetas para ayudar a resolver muchos de sus problemas de ciencia de materiales. Estos dispositivos pueden ayudar con la gestión térmica de los materiales bajo condiciones extremas. Por ejemplo, las nanoplaquetas pueden usarse para reforzar el rendimiento de los materiales al entrar o salir de la atmósfera. Estas diminutas unidades pueden ayudar a distribuir o concentrar el calor en áreas clave sin añadir peso al proyecto.

Nuevos materiales

Las plaquetas desempeñan un papel vital en la creación de nuevos materiales para la fabricación. Como tal, los ingenieros continúan descubriendo materiales nuevos y más fiables usando nanoplaquetas de grafeno y más. Estas unidades han demostrado características superiores en términos térmicos, mecánicos y eléctricos. La introducción de estas últimas nanoplaquetas podría inaugurar una nueva era de materiales ultrarobustos y ligeros.

Cuidado de la salud

Cada vez hay más profesionales de la salud que desean combatir bacterias y enfermedades a escala micrónica usando nanoplaquetas. Los estudios han demostrado que estas unidades poseen propiedades antibacterianas. Como tal, los fabricantes están considerando esta tecnología como una forma de reducir bacterias y mejorar los métodos de administración de fármacos. También hay profesionales de la salud que buscan usar nanoplacas como nanotransportadores biomiméticos. Estos dispositivos pueden configurarse para dirigirse a órganos específicos u otras regiones del cuerpo, lo que los convierte en una forma ideal de entregar medicamentos y tratamientos en áreas de difícil acceso.

Dos empresas que podrían beneficiarse del estudio de nanoplaquetas de CsPbBr3

Varias empresas podrían utilizar este estudio de nanoplaquetas de CsPbBr3 para mejorar sus ofertas. Desde la industria aeroespacial hasta la salud, estos diminutos dispositivos están listos para revolucionar el funcionamiento de la electrónica. A continuación, dos empresas que podrían integrar esta tecnología de inmediato y ver aumentar sus resultados.

1. Novo Nordisk

Novo Nordisk es un competidor principal en el campo de la biomedicina. La empresa ha sido fundamental en la creación de nuevos tratamientos para algunas de las peores enfermedades actuales. Curiosamente, la firma fue clave en la introducción de la insulina en el proceso de tratamiento. La empresa tiene varios fármacos en el mercado, entre los que se incluyen Levemir, NovoLog, Novolin R, NovoSeven y más. Estos tratamientos son muy populares y han llevado a Novo Nordisk a convertirse en una de las principales compañías de salud del mundo.

Hoy, Novo Nordisk tiene oficinas en 7 países a nivel mundial y emplea a miles de trabajadores. El año pasado, la empresa reportó ingresos de 24.31 mil millones de dólares con un retorno total acumulado de 23 % en un año. El compromiso constante de la empresa con la búsqueda de nuevos tratamientos y curas, junto con este historial probado, convierte a Novo Nordisk en una incorporación clave para cualquier cartera.

2. Moderna Inc

MRNA Gráfico de precios

Quizás conozcas a Moderna, ya que apareció en los titulares como uno de los principales investigadores y creadores de la vacuna contra el COVID-19. La empresa ingresó al mercado en 2010 y rápidamente ganó fama. Cabe destacar que originalmente se llamaba ModeRNA Therapeutics, pero cambió su nombre en 2018. Sus fundadores incluyen a Noubar B. Afeyan, Robert S. Langer, Jr., Derrick Rossi, Timothy A. Springer y Kenneth R. Chien.

Moderna Inc. (MRNA ) ha contado con un fuerte apoyo desde su lanzamiento. Durante sus primeras rondas de financiación de capital, la empresa logró asegurar 2 mil millones de dólares de reconocidos fondos de capital riesgo y proveedores de salud. Este apoyo, junto con una sólida investigación, ayudó a la compañía a asegurar colaboraciones con el Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas de EE. UU. (NIAID) y la Autoridad de Investigación y Desarrollo Biomédico Avanzado (BARDA) para crear la vacuna contra el COVID-19.

Hoy, Moderna es un fuerte competidor en el mercado. La empresa sigue fabricando vacunas y ofrece tratamientos para trastornos autoinmunes, enfermedades y servicios de inmuno‑oncología. Registró ingresos de 20.68 mil millones de dólares el año pasado y actualmente emplea a más de 5 000 profesionales. Aunque las acciones de Moderna han experimentado algunas desventajas, la posición de la empresa y el fuerte respaldo de funcionarios gubernamentales indican que podría haber un potencial de crecimiento significativo en el futuro.

Nuevo método de cultivo de nanoplaquetas abre la puerta

Las nanoplaquetas son un componente crucial de muchos componentes de alta tecnología utilizados en la vida cotidiana. Mejorar estos dispositivos ayudará a crear nuevos estándares de eficiencia en el mercado. También brindará a los ingenieros más oportunidades para desarrollar dispositivos que consuman menos energía. Por estas y muchas otras razones, este estudio podría tener un efecto revolucionario en múltiples industrias.

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