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Científicos de la Universidad de California, Irvine, descubrieron recientemente un material a nanoescala unidimensional cuyo color cambia con la temperatura. Los resultados del equipo aparecieron en Materiales avanzados.
«Descubrimos que podemos fabricar termómetros realmente pequeños y sensibles», dijo Maxx Arguilla, profesor de química de UC Irvine cuyo grupo de investigación dirigió el estudio. «Es uno de los trabajos más aplicados y traducibles que han salido de nuestro laboratorio».
Arguilla comparó los termómetros con “anillos del estado de ánimo a nanoescala”, refiriéndose a joyas que cambian de color según la temperatura corporal de quien los usa. Pero en lugar de simplemente tomar una lectura de temperatura cualitativa, los cambios en el color de estos materiales «pueden calibrarse y usarse para tomar lecturas de temperatura ópticamente a nanoescala», dijo Arguilla.
«La necesidad de medir la temperatura es importante porque muchos procesos biológicos e industriales dependen del seguimiento de pequeños cambios de temperatura», añadió. «Ahora podemos tener termómetros que podríamos intentar colocar en las células».
Según Dmitri Cordova, investigador postdoctoral del grupo de Arguilla, los termómetros ópticos también pueden medir temperaturas y evaluar la eficiencia de la micro y nanoelectrónica, incluidos circuitos y dispositivos de almacenamiento de datos. Las industrias ya cuentan con termómetros ópticos que utilizan al fabricar componentes de computadora, pero el nuevo material del equipo es «al menos un orden de magnitud más sensible», dijo Cordova.
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El gran avance se produjo cuando Cordova y sus colegas cultivaron cristales en su laboratorio que, en escalas de longitud nanométrica, se asemejan a «slinkies» helicoidales. Al principio hicieron crecer los cristales para poder someterlos a estrés por calor para ver a qué temperaturas se desintegran los cristales.
Cordova y el investigador graduado Leo Cheng notaron que los colores de los cristales cambiaban sistemáticamente de amarillo a naranja dependiendo de la temperatura.
Luego, el equipo hizo mediciones precisas del rango de temperatura al que correspondían los colores y descubrió que los colores amarillo pálido correspondían a temperaturas de alrededor de -190 grados Celsius, mientras que los colores rojo anaranjado correspondían a temperaturas de alrededor de 200 grados Celsius.
«Nos esforzamos mucho para asegurarnos de que las mediciones fueran precisas», dijo Arguilla.
Para recuperar muestras del material a nanoescala, el laboratorio pegó un trozo de cinta a cristales de gran escala, lo despegó y transfirió muestras a nanoescala adheridas a la cinta a sustratos transparentes.
«Podemos retirar estas estructuras y utilizarlas como termómetros a nanoescala que pueden transferirse, reconfigurarse y unirse a otros materiales o superficies», dijo Arguilla.
Arguilla explicó que el descubrimiento es el primer paso para descubrir nuevas clases de materiales para tomar lecturas de temperatura en escalas nanométricas.
A continuación, su laboratorio planea probar otros materiales a nanoescala para ver si puede desarrollar termómetros capaces de medir un rango más amplio de temperaturas.
«Ahora estamos intentando modificar las reglas del diseño de materiales para hacerlos aún más sensibles», dijo Arguilla. «Estamos tratando de abrir la caja de herramientas para la termometría óptica desde la escala masiva a la nanoescala».
Referencia: Cordova DLM, Zhou Y, Milligan GM, et al. Comportamiento termocrómico sensible de InSeI, un cristal de van der Waals 1D altamente anisotrópico y tubular. Maestro avanzado. 2024;36(21):2312597. doi: 10.1002/adma.202312597
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