Una investigación con participación del ICMAB y del ICN2 ha desarrollado un método fácil y altamente eficiente para conseguir condiciones de experimentación de microgravedad en la Tierra que simulan las que se pueden lograr en el espacio. Se ha publicado y se ha destacado en la portada de la revista Advanced Materials.

Hasta ahora, los estudios de cristalización realizados en laboratorios espaciales, muy costosos e inasequibles para la mayoría de los laboratorios de investigación, han demostrado los valiosos efectos de la microgravedad durante el proceso de crecimiento cristalino y la morfogénesis de materiales. Ahora, una investigación con participación del ICMAB y del ICN2, y liderada por la Universidad de Barcelona,  ha desarrollado un método fácil y altamente eficiente para conseguir condiciones de experimentación de microgravedad en la Tierra que simulan las que se pueden lograr en el espacio. Los resultados se han publicado en la revista Advanced Materials, en un artículo destacado en la portada.

Para conseguir estas condiciones de microgravedad simulada hemos utilizado dispositivos microfluídicos personalizados. Se trata de instrumentos que utilizan pequeñas cantidades de fluidos sobre un microchip para llevar a cabo pruebas de laboratorio. Con estos dispositivos se han fabricado estructuras moleculares de cristales porosos en dos dimensiones (formados por una sola capa de átomos). Según explica Josep Puigmartí Luis, investigador ICREA en el Departamento de Química Física y miembro del Instituto de Química Teórica y Computacional (IQTCUB) de la UB, «se ha podido confirmar que los experimentos bajo estas condiciones de microgravedad simulada tienen efectos sin precedentes en la orientación, la compacidad y la generación de materiales 2D cristalinos y porosos».

Josep Puigmartí-Luis, de la UB, Daniel Ruiz-Molina, del ICN2, Dr. Tiago Sotto Mayor, de la Porto University, y Raphael Pfattner, del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC), han coordinado este proyectomultidisciplinar, que también ha contado con la participación de investigadores del Sincrotrón  ALBA,  ETH Zurich, la Universidad de Newcastle (Australia) y la Universidad “Sapienza” de Roma.

Para desarrollar este nuevo sistema, el equipo investigador, en el que también participan miembros del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) y del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB), diseñó un dispositivo microfluídico que consta de dos sustratos entrelazados con una fina película de silicona con espesores variables (de 200 a 500 μm). El objetivo era crear un ambiente microfluídico de 6 cm de largo y 1,5 cm de ancho. Una de las superficies dispone de dos puertos de entrada mecanizada que permiten llenar completamente el entorno microfluídico, lo que evita la aparición de burbujas de aire.

El sistema ha permitido hacer crecer un prototipo de estructura bidimensional metalorgánica (MOF, por sus siglas en inglés) que forma una capa milimétrica y sin defectos con propiedades de conductividad que actúan a larga distancia en condiciones ambientales. El grupo de investigación ha utilizado la línea de luz NCD-SWEET del Sincrotrón ALBA para estudiar la cristalinidad, la estructura y la orientación del material 2D fabricado.

«El control espacio-temporal en el crecimiento de este material obtenido con las condiciones de microgravedad simulada no tiene precedentes en la literatura científica. El dispositivo de microfluídica nos ha permitido desarrollar capas delgadas de centímetros de longitud y estudiar las propiedades electrónicas del material» apunta Noemí Contreras Pereda del ICN2.

Hay que tener en cuenta que, hasta ahora, los valores obtenidos con este nuevo método solo se habían conseguido fuera de una atmósfera inerte con pellets preparados bajo altas presiones. «Este nuevo sistema de microgravedad simulada será como un “parque infantil” para químicos, físicos y científicos de materiales que quieran procesar materiales y dispositivos funcionales 2D», concluye Puigmartí.

Referencia del artículo

Contreras-Pereda et al. «Synthesis of 2D porous crystalline materials in simulated microgravity». Advanced Materials, junio de 2021. Doi: 10.1002/adma.202101777

 

Instituto de Análisis Económico (IAE)

Imagen de la portada de la revista Advanced Materials, dedicada a este trabajo y realizada por el ilustrador Adrián Bago.