Los nanotubos de carbono parecen a simple vista polvo negro, pero ahora un equipo de científicos financiados con fondos de la Unión Europea ha dado con una técnica nueva para aumentar la visibilidad de estas piezas polivalentes y básicas en el ámbito nanotecnológico.
Los nanotubos de carbono son estructuras que se asemejan a un panal de hexágonos enrollados hasta formar un tubo cilíndrico homogéneo. Convertirlos en emisores de luz es harto complicado debido a su excelente capacidad para conducir electricidad y captar la energía de otras especies químicas luminiscentes situadas a su alrededor.
Ahora un equipo de científicos de distintos puntos de europa ha dado con formas de aprovechar el área superficial relativamente amplia de los nanotubos de carbono para que muchas otras moléculas, incluidas las emisoras de luz, puedan unirse a ellos y adoptar la forma de sustancias químicas capaces de emitir luz roja.
Mediante el proyecto FINELUMEN («Luminóforos confinados en cavidades aplicados a materiales fotónicos avanzados: una acción de formación para investigadores jóvenes»), que recibió 3,62 millones de euros del programa «Personas» del Séptimo Programa Marco (7PM), investigadores de Bélgica, Francia, Alemania, Hungría, Italia y Polonia han preparado y caracterizado materiales luminiscentes en los que se encapsulan luminóforos orgánicos e inorgánicos diseñados al efecto dentro de nanocontenedores (nanotubos de carbono y jaulas de coordinación o «coordination cages»). De esta forma se mantiene e incluso se incrementa la cantidad de luz que emiten.
El objetivo del proyecto es crear una biblioteca de módulos luminiscentes que emitan en toda la región que abarca desde la luz visible hasta el infrarrojo cercano para producir materiales híbridos funcionales de calidad superior. La optimización de la emisión de color se define por el huésped emisor, mientras que la versatilidad en la aplicación final se controla mediante la funcionalización química a medida del material anfitrión.
«Participamos en el proyecto como un grupo de investigación especializado en estudios sobre compuestos lantánidos. Decidimos combinar sus propiedades de alta luminiscencia con las excelentes propiedades mecánicas y eléctricas de los nanotubos», explicó el profesor Marek Pietraszkiewicz del Instituto de Química Física de la Academia de las Ciencias de Polonia (IPC PAS) en Varsovia (Polonia), uno de los socios de FINELUMEN.
No obstante, tal y como indicó Valentina Utochnikova del IPC PAS, el equipo descubrió que no sólo se trataba de adherir estas moléculas emisoras de luz: «La unión de complejos emisores de luz directamente a un nanotubo no es sencilla debido a que este último, como absorbente negro, reduciría enormemente la luminiscencia.»
Para contrarrestar esta absorción de luz no pretendida, el equipo sometió a los nanotubos de carbono a una reacción térmica de entre 140 y 160 grados centígrados en una solución de líquido iónico modificada con un grupo funcional terminal azida. La reacción produce nanotubos recubiertos con moléculas que ejercen de enlaces de anclaje. Por un lado, los anclajes están unidos a la superficie del nanotubo y, por otro, pueden atrapar moléculas capaces de emitir luz visible. El terminal libre de cada enlace está cargado positivamente.
Los nanotubos procesados se transfieren a otra solución que contiene un complejo lantánido con carga negativa denominado «tetraquis NTA europio».
Valentina Utochnikova comentó que «los compuestos lantánidos contienen elementos del grupo VI de la tabla periódica y presentan un alto atractivo para la fotónica, pues se caracterizan por un rendimiento cuántico elevado y una pureza de color grande de la luz emitida».
Tras disolverse en la solución, los terminales libres de los anclajes con carga positiva previamente unidos a nanotubos mediante interacción electroestática capturan de forma espontánea complejos de europio de carga negativa. Gracias a esta reacción cada nanotubo se recubre de forma duradera con moléculas emisoras de luz visible. Cuando la reacción finaliza los nanotubos modificados se lavan y secan.
El resultado final es un polvo semejante al hollín que cuando se expone a radiación ultravioleta emite luz roja gracias a los complejos lantánidos anclados en los nanotubos de carbono.
Si se aumenta la versatilidad de estos materiales en la medida de lo posible existe un enorme potencial para su empleo en la obtención de imágenes en biología, dispositivos optoelectrónicos y sensores.
El proyecto FINELUMEN reúne a socios industriales, PYME y organizaciones científicas y forma parte de una estrategia más amplia destinada a garantizar la competitividad europea en un ámbito de enorme crecimiento en el que las fronteras de la química, la física y la ingeniería se solapan.
Para más información:
Instituto de Química Física de la Academia de las Ciencias de Polonia:
http://www.ichf.edu.pl/indexen.html
Fuente: Cordis
