Una técnica creada en la UGR acelera el montaje de nanomateriales y permite diseñarlos a la carta

Investigadores de la UGR han desarrollado una metodología pionera para fabricar materiales funcionales avanzados a una velocidad sin precedentes. Esta técnica permite acelerar y controlar de forma precisa el autoensamblado de nanomateriales mediante campos magnéticos pulsados en dos ejes perpendiculares.

Esta estrategia supera barreras actuales en el ensamblado de nanomateriales: la lentitud y los defectos que surgen cuando las partículas se agrupan de forma espontánea. El nuevo método no requiere moldes físicos ni recipientes especiales, lo que supone una ventaja para la fabricación de materiales avanzados y reconfigurables para aplicaciones industriales.

El hallazgo, publicado como portada suplementaria en la prestigiosa revista ACS Nano, se basa en el uso de lo que los científicos han denominado "campos magnéticos biaxiales pulsados". El secreto es una perturbación magnética controlada, que actúa como una guía que dirige y aumenta la velocidad del autoensamblado de nanomateriales magnéticos, obteniendo un control fino sobre la estructura y su orden interno (cristalinidad).

"Se han descubierto cuatro tipos de estructuras distintas según la frecuencia y amplitud de los campos aplicados, formas que hasta ahora eran difíciles de estabilizar, lo que abre nuevas posibilidades para programar microestructuras a medida", detalla Guillermo Camacho Villar, doctorando de la UGR e investigador del estudio.

Pero, ¿en qué sectores impacta este avance científico? "Los materiales que estudiamos están presentes en tecnologías donde la microestructura determina el rendimiento, como sistemas de control de vibraciones y amortiguación adaptativa, dispositivos microfluídicos, materiales fotónicos y actuadores blandos", explica Juan de Vicente Álvarez-Manzaneda, catedrático del Departamento de Física Aplicada de la UGR e investigador del trabajo.

La capacidad de programar el autoensamblado sin contacto y en tiempos muy cortos es especialmente atractiva para el diseño de materiales reconfigurables (que cambian de propiedades bajo estímulos), metamateriales blandos y componentes con respuesta controlable en tiempo real.

En la práctica, esto puede ser relevante para óptica y fotónica, donde la organización interna de partículas afecta a propiedades como la transmisión o la dispersión de la luz; robótica blanda y microrobótica, al permitir estructuras con comportamiento mecánico ajustable; industria aeroespacial, en soluciones de control de vibración y amortiguación con materiales de respuesta adaptativa; y automoción, en fluidos y suspensiones magnetorreológicas empleados en sistemas inteligentes de amortiguación y control dinámico.

Gracias a un generador de campos magnéticos diseñado específicamente en el Laboratorio Singular en Tecnologías Avanzadas F2N2Lab, a experimentos de videomicroscopía de alta resolución y a simulaciones realizadas en el Centro de Supercomputación de la Universidad de Granada, los investigadores han podido analizar en detalle la evolución temporal de los agregados y describir su dinámica de crecimiento con una 'curva maestra', que permite predecir exactamente cómo crecerán los materiales bajo diferentes condiciones, facilitando su escalado industrial.

Actualmente, el equipo ya explora el perfeccionamiento de la técnica para obtener arquitecturas aún más complejas (láminas, espirales, espumas de partículas o estructuras híbridas) con el objetivo de ampliar el control sobre propiedades mecánicas y funcionales.

En biomedicina, por ejemplo, este tipo de control sobre microestructuras puede ser relevante para biofabricación y para el desarrollo de andamiajes ('scaffolds') y materiales funcionales que interactúan con células y tejidos. En esta línea, los autores del estudio colaboran con el Hospital Universitario Virgen de las Nieves de Granada.

La investigación ha sido realizada por el doctorando Guillermo Camacho Villar y el catedrático Juan de Vicente Álvarez-Manzaneda en el F2N2Lab de la UGR, y ha contado con el apoyo de proyectos financiados por el Ministerio de Ciencia y fondos europeos NextGenerationEU.