Materiales nanoporosos
Los materiales nanoporosos son aquellos que tienen poros o espacios vacíos con un tamaño de alrededor de 1 a 100 nanómetros (un nanómetro es un millonésimo de milímetro).
Estos materiales tienen propiedades únicas debido a su tamaño de poro y a la gran superficie especialmente activa que pueden tener.
Algunas de las aplicaciones comunes de los materiales nanoporosos incluyen la separación y purificación de sustancias, el almacenamiento de gases y líquidos, y la entrega controlada de fármacos.
Fabricación de materiales nanoporosos
Estos materiales se pueden fabricar mediante una variedad de técnicas, tales como la síntesis química, la esferización, la etching (proceso con ácido) y la deposición térmica.
Propiedades de los materiales nanoporoso
Tienen propiedades únicas debido a su tamaño de poro y a la gran superficie especialmente activa que pueden tener. Estas propiedades incluyen una gran superficie específica, una alta capacidad de adsorción y una buena conductividad térmica y eléctrica.
Los materiales nanoporosos son aquellos que tienen poros con dimensiones en el rango de nanómetros (1 nm = 10^-9 m). Estos materiales tienen una serie de propiedades únicas que los hacen muy útiles en gran variedad de aplicaciones.
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Algunas de las propiedades más comunes de los materiales nanoporosos:
- Superficie grande: Presentan una superficie muy grande en comparación con sus tamaños físicos. Esto los hace muy útiles para aplicaciones en las que se necesita una gran superficie para la adsorción o la reacción química.
- Capacidad de almacenamiento de gas: Los materiales nanoporosos tienen una alta capacidad de almacenamiento de gas debido a sus poros. Esto los hace útiles para el almacenamiento de gas natural, hidrógeno y otros gases.
- Capacidad de separación: Tienen una alta capacidad de separación debido a sus poros. Esto los hace útiles para separar moléculas en procesos de purificación y separación de mezclas.
- Propiedades catalíticas: Los materiales nanoporosos pueden tener propiedades catalíticas excepcionales debido a su gran superficie y su capacidad para sostener catálisis.
- Propiedades de filtración: Presentan excelentes propiedades de filtración debido a sus poros de tamaño nanométrico. Esto los hace útiles para la filtración de partículas y moléculas.
- Aplicaciones: Los materiales nanoporosos se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, tales como la separación y purificación de sustancias, el almacenamiento de gases y líquidos y la entrega controlada de fármacos.
- Caracterización: Para entender las propiedades y el comportamiento de los materiales nanoporosos, es necesario caracterizarlos mediante técnicas como la difracción de rayos X, la espectroscopía de infrarrojos, la microscopía óptica y la tomografía por rayos X.
- Modelización y simulación: La modelización y la simulación numérica son herramientas importantes para predecir y comprender el comportamiento de los materiales nanoporosos. Esto se puede hacer mediante el uso de métodos de simulación como la dinámica molecular y la simulación por elementos finitos.
- Mejora de la estabilidad y la durabilidad: Un desafío importante en el desarrollo de materiales nanoporosos, es aumentar su estabilidad y durabilidad.
Aplicaciones MOF (Metal Organic Framework: Polímero cristalino con nanoporos)
Una investigación aplicada en el campo de los marcos metal-orgánicos, probó su aplicabilidad en diversas áreas, como la separación por adsorción de gases tóxicos e industriales (TICs; VOCs), protección personal, captura de CO2 y extracción de agua atmosférica.
Estos resultados se logran mediante el desarrollo de materiales personalizados con propiedades estructurales específicas en términos de área superficial, tamaño y forma de los poros, hidrofobicidad, resistencia mecánica, etc.
Sin embargo, diseñar, sintetizar y escalar un material destinado a un objetivo específico conlleva un riesgo tecnológico y costos de implementación significativos. Los MOF también se utilizan como ingrediente activo de un material compuesto basado en la matriz clásica (óxido de grafeno, carbón activado, zeolitas, gel de sílice).
La producción de estos compuestos minimiza las desventajas tecnológicas de la matriz con MOF integrados, produciendo compuestos con costos de producción limitados y rendimientos mejorados.
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Beneficios y Aplicaciones de materiales nanoporosos
Los polímeros impresos molecularmente (MIP) se fabrican sintetizando polímeros altamente entrecruzados en presencia de moléculas patrón (plantillas) que actúan como plantillas.
A través de la autoorganización, la estructura polimérica en crecimiento se adapta al patrón molecular y forma una especie de huella de la molécula patrón.
Debido a la adaptación geométrica y las interacciones de los grupos funcionales, como la formación de puentes de hidrógeno, estos son selectivos para la molécula modelo y, por lo tanto, son adecuados como recubrimiento de sensor selectivo o como material de enriquecimiento.