Pepita de aerogel de oro flotando sobre espuma de leche. Imagen: Raffaele Mezzenga. Fuente: ETH Zurich.
Investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (Suiza) han creado un nuevo tipo de espuma hecha de oro. Es la forma más ligera jamás producida de este metal precioso: mil veces más ligero que su forma convencional y sin embargo es casi imposible de distinguir a simple vista. Hay muchas aplicaciones posibles.
Una pepita de oro real de 20 quilates, tan ligera que no se hunde en un cappuccino, flotando en cambio sobre la espuma de la leche: lo que suena increíble en realidad ha sido llevado a cabo por investigadores de ETH Zurich. Los científicos, dirigidos por Raffaele Mezzenga, profesor de Alimentos y Materiales Suaves, han producido un nuevo tipo de espuma de oro, una malla tridimensional de oro que consiste sobre todo en poros.
Es la pepita de oro más ligera jamás creada. "Denominado aerogel, es mil veces más ligero que las aleaciones de oro convencionales. Es más ligero que el agua y casi tan ligero como el aire", dice Mezzenga en la información de ETH Zurich.
La nueva forma de oro es difícil de diferenciar del oro convencional a simple vista: el aerogel incluso tiene un brillo metálico. Pero en contraste con su forma convencional, es suave y maleable manualmente. Se compone de 98 partes de aire y sólo dos partes de material sólido. De este material sólido, más de cuatro quintas partes son de oro y menos de una quinta parte son fibrillas de proteína de la leche. Esto equivale a alrededor de 20 quilates de oro.
Proceso de secado
Los científicos crearon el material poroso calentando primero las proteínas de la leche para producir fibras de proteína de grosor nanométrico, denominadas fibrillas amiloides, que luego colocaron en una solución de sal de oro. Las fibras de proteínas se entrelazadas entre sí en una estructura básica a lo largo de la cual el oro cristalizó simultáneamente en pequeñas partículas. Esto dio lugar a una red de fibra de oro de tipo gel.
"Uno de los grandes retos fue cómo secar esta fina red sin destruirla", explica Gustav Nyström, postdoc en el grupo de Mezzenga y primer autor del estudio correspondiente, publicado en la revista Advanced Materials. Como secar con aire podía dañar la fina estructura de oro, los científicos optaron por un proceso de secado suave y laborioso utilizando dióxido de carbono. Lo hicieron en un esfuerzo interdisciplinar con la ayuda de investigadores del grupo de Marco Mazzotti, profesor de Ingeniería de Procesos.
El método elegido, en la que las partículas de oro se cristalizan directamente durante la fabricación de la estructura aerogel de proteínas (y no, por ejemplo, se agregan a un andamio existente) es nuevo. La mayor ventaja del método es que hace que sea fácil obtener un aerogel de oro homogéneo, que imita perfectamente a las aleaciones de oro.
Una pepita de oro real de 20 quilates, tan ligera que no se hunde en un cappuccino, flotando en cambio sobre la espuma de la leche: lo que suena increíble en realidad ha sido llevado a cabo por investigadores de ETH Zurich. Los científicos, dirigidos por Raffaele Mezzenga, profesor de Alimentos y Materiales Suaves, han producido un nuevo tipo de espuma de oro, una malla tridimensional de oro que consiste sobre todo en poros.
Es la pepita de oro más ligera jamás creada. "Denominado aerogel, es mil veces más ligero que las aleaciones de oro convencionales. Es más ligero que el agua y casi tan ligero como el aire", dice Mezzenga en la información de ETH Zurich.
La nueva forma de oro es difícil de diferenciar del oro convencional a simple vista: el aerogel incluso tiene un brillo metálico. Pero en contraste con su forma convencional, es suave y maleable manualmente. Se compone de 98 partes de aire y sólo dos partes de material sólido. De este material sólido, más de cuatro quintas partes son de oro y menos de una quinta parte son fibrillas de proteína de la leche. Esto equivale a alrededor de 20 quilates de oro.
Proceso de secado
Los científicos crearon el material poroso calentando primero las proteínas de la leche para producir fibras de proteína de grosor nanométrico, denominadas fibrillas amiloides, que luego colocaron en una solución de sal de oro. Las fibras de proteínas se entrelazadas entre sí en una estructura básica a lo largo de la cual el oro cristalizó simultáneamente en pequeñas partículas. Esto dio lugar a una red de fibra de oro de tipo gel.
"Uno de los grandes retos fue cómo secar esta fina red sin destruirla", explica Gustav Nyström, postdoc en el grupo de Mezzenga y primer autor del estudio correspondiente, publicado en la revista Advanced Materials. Como secar con aire podía dañar la fina estructura de oro, los científicos optaron por un proceso de secado suave y laborioso utilizando dióxido de carbono. Lo hicieron en un esfuerzo interdisciplinar con la ayuda de investigadores del grupo de Marco Mazzotti, profesor de Ingeniería de Procesos.
El método elegido, en la que las partículas de oro se cristalizan directamente durante la fabricación de la estructura aerogel de proteínas (y no, por ejemplo, se agregan a un andamio existente) es nuevo. La mayor ventaja del método es que hace que sea fácil obtener un aerogel de oro homogéneo, que imita perfectamente a las aleaciones de oro.
Fibras amiloides de proteína sin oro (arriba), con micropartículas de oro (centro) y con nanopartículas de oro (abajo). Imagen: Nyström G. et al. Fuente: Advanced Materials.
Propiedades
La técnica de fabricación también ofrece a los científicos numerosas posibilidades de influir deliberadamente en las propiedades del oro de una manera simple. "Las propiedades ópticas del oro dependen en gran medida del tamaño y la forma de las partículas", dice Nyström. "Por lo tanto podemos incluso cambiar el color del material. Cuando cambiamos las condiciones de reacción con el fin de que el oro no cristalice en micropartículas sino nanopartículas más pequeñas, da como resultado un oro de color rojo oscuro."
Por este medio, los científicos pueden influir no sólo en el color, sino también en otras propiedades ópticas tales como la absorción y la reflexión.
El nuevo material podría ser utilizado en muchas de las aplicaciones en las que se está utilizando actualmente el oro, dice Mezzenga. Las propiedades de la sustancia, incluyendo su peso más ligero, que requiere menos material, y su estructura porosa, tienen sus ventajas.
Las aplicaciones en relojes y joyas son sólo una posibilidad. Otra aplicación demostrada por los científicos es la catálisis química: puesto que los materiales altamente porosos tienen una superficie enorme, las reacciones químicas que dependen de la presencia de oro se pueden ejecutar de una manera muy eficiente.
Científicos del CSIC demostraron hace dos años que la porosidad de las nanoestructuras de oro generan una gran actividad catalítica en reacciones de oxidación. Esto permite usarla para eliminar gases contaminantes -como el monóxido de carbono- y convertirlos en otros menos nocivos para el medio ambiente, como el dióxido de carbono. El material también podría ser utilizado en aplicaciones en las que la luz es absorbida o reflejada.
Finalmente, los científicos también han mostrado cómo se hace posible la fabricación de sensores de presión con él. "A la presión atmosférica normal, las partículas de oro individuales del material no se tocan, y el aerogel de oro no conduce la electricidad", explica Mezzenga. "Sin embargo, cuando se aumenta la presión, el material se comprime y las partículas comienzan a tocarse, haciendo que el material sea conductor."
La técnica de fabricación también ofrece a los científicos numerosas posibilidades de influir deliberadamente en las propiedades del oro de una manera simple. "Las propiedades ópticas del oro dependen en gran medida del tamaño y la forma de las partículas", dice Nyström. "Por lo tanto podemos incluso cambiar el color del material. Cuando cambiamos las condiciones de reacción con el fin de que el oro no cristalice en micropartículas sino nanopartículas más pequeñas, da como resultado un oro de color rojo oscuro."
Por este medio, los científicos pueden influir no sólo en el color, sino también en otras propiedades ópticas tales como la absorción y la reflexión.
El nuevo material podría ser utilizado en muchas de las aplicaciones en las que se está utilizando actualmente el oro, dice Mezzenga. Las propiedades de la sustancia, incluyendo su peso más ligero, que requiere menos material, y su estructura porosa, tienen sus ventajas.
Las aplicaciones en relojes y joyas son sólo una posibilidad. Otra aplicación demostrada por los científicos es la catálisis química: puesto que los materiales altamente porosos tienen una superficie enorme, las reacciones químicas que dependen de la presencia de oro se pueden ejecutar de una manera muy eficiente.
Científicos del CSIC demostraron hace dos años que la porosidad de las nanoestructuras de oro generan una gran actividad catalítica en reacciones de oxidación. Esto permite usarla para eliminar gases contaminantes -como el monóxido de carbono- y convertirlos en otros menos nocivos para el medio ambiente, como el dióxido de carbono. El material también podría ser utilizado en aplicaciones en las que la luz es absorbida o reflejada.
Finalmente, los científicos también han mostrado cómo se hace posible la fabricación de sensores de presión con él. "A la presión atmosférica normal, las partículas de oro individuales del material no se tocan, y el aerogel de oro no conduce la electricidad", explica Mezzenga. "Sin embargo, cuando se aumenta la presión, el material se comprime y las partículas comienzan a tocarse, haciendo que el material sea conductor."
Referencia bibliográfica:
Gustav Nyström, María P. Fernández-Ronco, Sreenath Bolisetty, Marco Mazzotti, Raffaele Mezzenga: Amyloid Templated Gold Aerogels. Advanced Materials (2015). DOI: 10.1002/adma.201503465
Gustav Nyström, María P. Fernández-Ronco, Sreenath Bolisetty, Marco Mazzotti, Raffaele Mezzenga: Amyloid Templated Gold Aerogels. Advanced Materials (2015). DOI: 10.1002/adma.201503465