Los creadores de nanopartículas

En esmaltes, catalizadores, neumáticos, celdas solares y componentes de la microelectrónica se utilizan actualmente nanopartículas. También en la medicina resultan hoy imprescindibles. La industria las requiere en grandes cantidades. Pero producirlas no es tan sencillo. Christoph Schulz, profesor de Combustión y dinámica de gases en la universidad de Duisburgo-Essen, explica que “si se quiere obtener grandes cantidades, convienen los procedimientos que no parten de un trozo grande para reducirlo a trocitos pequeños, sino que producen de entrada partículas pequeñas”.

Condensación de gases

Los investigadores comienzan pues su labor con gases. Los colegas del profesor Schulz han desarrollado tres métodos diferentes, que tienen sin embargo algo en común: las sustancias gaseosas iniciales son enfriadas de golpe y se condensan.

“Uno se puede imaginar esto como un vapor de agua sobresaturado, que contiene tanta agua que de pronto se vuelve inestable y produce niebla. De esta forma, por ejemplo un gas de metal puede condensarse en pequeñísimas gotas o partículas que luego, al enfriarse, dejan ínfimas partículas sólidas remanentes”, dice Schulz.

El Dr. Hartmut Wiggers.

El enfriamiento se produce sometiendo de golpe el gas caliente a un alto vacío. Allí hay una presión extremadamente baja. El especialista Hartmut Wiggers explica cómo funciona un reactor con un inyector: “Este inyector tiene un agujero muy pequeño, de 0,5 milímetros de diámetro. Por ese agujero succionamos gas del reactor hacia la cámara de alto vacío. Detrás hay otro inyector que separa del chorro de gas otro haz. Se trata de un así llamado haz molecular. Tiene una velocidad superior a la del sonido y recorre esta instalación como un chorro pequeño”.

Las nano gotitas se congelan a una enorme velocidad. En el lapso de pocos milisegundos pasan de una temperatura de hasta 2.700 grados Celsius a pocos cientos de grados. Debido a su alta velocidad, las partículas no se topan entre sí y no pueden aglomerarse.

Tres métodos

Los tres métodos que los investigadores de Duisburgo desarrollaron para producir nanopartículas se diferencian sobre todo en la manera en que se produce el gas antes de ser introducido en la cámara de vacío: en reactores de llamas, en reactores de muros calientes o en reactores de plasma de microondas.

Un reactor de llamas sirve para quemar gases. De este modo se puede producir óxidos metálicos como, por ejemplo, dióxido de silicio o dióxido de titanio, según explica Christop Schulz: “Los óxidos tienen un amplio campo de aplicación. En el ámbito de las nanopartículas hay, por ejemplo, productos que se utilizan para endurecer esmaltes. Por otra parte, determinados óxidos actúan catalíticamente. Estos se usan entre otras cosas para transformar gases, por ejemplo, metano en hidrocarburos”.

El profesor Christof Schulz, de la Universidad de Duisburgo-Essen.

Si no se requieren óxidos, sino partículas metálicas puras, se emplea el reactor de paredes calientes. En él, el gas se hace circular por un tubo caliente. “De esta forma se puede trabajar con ausencia de oxígeno. En tales sistemas producimos, por ejemplo, partículas de silicio. Éstas pueden usarse en la fabricación de material de almacenamiento para baterías de iones de litio”, indica Schulz.

El tercer procedimiento para obtener nanopartículas funciona con la ayuda de un reactor de plasma de microondas. Hartmut Wiggers explica: “En lo sustancial, es como un microondas doméstico común. Tiene los mismos datos de rendimiento y trabaja con la misma frecuencia. La diferencia radica en que los microondas nuestros son mucho más pequeños. Justo en el medio de esa cámara obtenemos la mayor fuerza de campo. Allí ponemos un tubo de cuarzo y en él podemos encender plasma”.

Entonces el gas caliente se desplaza como una llama por el reactor. La temperatura sube muy rápidamente y vuelve a caer con gran rapidez.

Soporte líquido

Tim Hülser, ante un reactor de paredes calientes.

En Duisburgo hay una gran instalación equipada con los tres tipos de reactores. Tiene la altura de una casa de dos pisos y puede producir kilos de nanopartículas por segundo. Éstas, finalmente, se envasan en bolsas. Pero no sólo en polvo, sino también en forma líquida serán puestas pronto las nanopartículas a disposición de la industria. El físico Tim Hülser, del Instituto de Energía y Técnica del Medio Ambiente, relata: “Aquí estamos instalando un sistema de lavado que nos permite expeler las partículas producidas directamente en líquidos. Rociamos un soporte líquido directamente en el sistema y extraemos las partículas del gas”.

A menudo es más fácil para la industria utilizar las nanopartículas en forma líquida. También resulta más seguro que emplear polvo de nanopartículas, que podría ser dañino para la salud.

Autor: Fabian Schmmidt /Emilia Rojas

Editora: Rosa Muñoz