Pesquisadores da Rice University sintetizaram e isolaram nanopartículas de magnésio plasmônico que mostram toda a promessa de seu ouro, primos de prata e alumínio sem nenhuma das desvantagens.

O laboratório de materiais do Rice, Emilie Ringe, produziu as partículas para testar sua capacidade de emitir plasmons, as bandas de elétrons fantasmagóricas que, quando acionado por energia de fora, ondulação na superfície de certos metais.

A pesquisa aparece na revista American Chemical Society Nano Letras .

Os materiais plasmônicos são valiosos porque podem concentrar a luz e comprimir seu poder em volumes em nanoescala, uma propriedade útil para sensores químicos e biológicos. Eles também podem ser usados ​​como fotocatalisadores e para aplicações médicas em que podem, por exemplo, alvejar células cancerosas e ser acionado para emitir calor para destruí-las.

Mas ouro e prata são caros. "Eles simplesmente não são acessíveis se você está tentando fazer coisas baratas em uma escala muito grande, como catálise industrial, "disse Ringe, professor assistente de ciência dos materiais e nanoengenharia e de química na Rice.

"Estamos muito entusiasmados com o alumínio, porque é um dos únicos materiais plasmônicos abundantes na Terra, mas tem uma falha crítica, "disse ela." Suas propriedades intrínsecas significam que é um bom plasmônico na faixa ultravioleta, mas não tão bom no visível e ruim no infravermelho. Não é tão bom se você quiser fazer fotocatálise com o sol. "

Essas limitações prepararam o terreno para a investigação do laboratório Ringe de magnésio também abundante. "Pode ressoar no infravermelho, faixas visível e ultravioleta, "ela disse." As pessoas têm falado sobre isso, mas ninguém foi realmente capaz de fazer e observar as propriedades ópticas de cristais únicos de magnésio. "

As tentativas de outros laboratórios de fabricar estruturas de magnésio se mostraram difíceis e produziram nanopartículas com baixa cristalinidade, então Ringe e os co-autores John Biggins, da Universidade de Cambridge, Inglaterra, e o colega de pós-doutorado de Rice, Sadegh Yazdi, combinaram seus talentos em química, espectroscopia e teoria para sintetizar nanocristais em líquido e analisá-los com o poderoso microscópio eletrônico de Rice.

O que eles produziram foram cristais em nanoescala que refletiam perfeitamente a natureza hexagonal de sua estrutura subjacente. "Isso nos dá uma oportunidade, "ela disse." Silver, ouro e alumínio, todos os metais com os quais estamos acostumados a trabalhar em nanoescala, são materiais cúbicos centrados na face. Você pode fazer cubos e hastes e coisas que tenham a simetria da estrutura subjacente.

"Mas o magnésio tem uma estrutura hexagonal, "Ringe disse." Os átomos são embalados de forma diferente, portanto, somos capazes de criar formas que fisicamente não podemos fazer com um metal cúbico centrado na face. Estamos muito entusiasmados com as possibilidades, porque isso significa que podemos fazer novas formas - ou pelo menos formas que não são típicas de nanopartículas. E novas formas significam novas propriedades. "

As partículas provaram ser inesperadamente robustas, ela disse. O laboratório começou misturando um precursor de magnésio com lítio e naftaleno, criando um poderoso radical livre que poderia reduzir um precursor organometálico de magnésio a magnésio metálico. As partículas resultantes eram placas hexagonais que variavam em tamanho de 100 a 300 nanômetros, com espessura entre 30 e 60 nanômetros.

Como o magnésio em massa, eles descobriram que uma camada de óxido autolimitada se formou em torno do magnésio, protegendo-o de oxidação posterior, sem alterar as propriedades plasmônicas do material. Isso ajudou a preservar a forma característica das partículas, que permaneceu estável mesmo três meses após a síntese e várias semanas no ar, Ringe disse.

"É formidavelmente estável ao ar, "disse ela." No início, tomamos todas as precauções que podíamos, usando um porta-luvas para cada transferência de amostra, e no final do dia decidimos apenas deixar uma amostra no ar, só para ver. Testamos depois de duas semanas, e ainda era o mesmo.

"Nós tentamos isso um pouco tarde demais, para ser honesto, "Ringe disse." Nós poderíamos ter economizado tempo se tivéssemos apenas começado com isso! "

A próxima etapa será aumentar as partículas com moléculas de ligação que as ajudarão a mudar suas formas, que também ajusta sua resposta plasmônica. Ela espera que isso demore mais um ano de trabalho.

"O ponto-chave é que esta será uma ferramenta na caixa de ferramentas plasmônica que pode fazer coisas que nenhum dos outros metais pode fazer, "Ringe disse." Nenhum outro metal é barato e pode ressoar em todo o espectro. E isso pode ser feito, essencialmente, em um copo. "