Las perovskitas son materiales que son cada vez más populares para una amplia gama de aplicaciones debido a sus notables propiedades eléctricas, ópticas y fotónicas. Los materiales de perovskita tienen el potencial de revolucionar los campos de la energía solar, la detección y detección, la fotocatálisis, los láseres y otros.
Las propiedades de las perovskitas se pueden ajustar para aplicaciones específicas cambiando su composición química y arquitectura interna, incluida la distribución y orientación de su estructura cristalina. Por el momento, la capacidad de influir en estas propiedades está enormemente limitada por los métodos de fabricación. Un equipo de científicos de TU Dresden pudo crear perovskitas con nanoarquitecturas únicas y propiedades cristalinas a partir de algas, aprovechando los años de evolución de estos organismos unicelulares.
Aprovechando la Evolución
« Los organismos unicelulares han respondido durante cientos de millones de años a una amplia gama de factores ambientales como la temperatura, el pH y el estrés mecánico. Como resultado, algunos de ellos evolucionaron para producir biomateriales absolutamente únicos que son exclusivos de la naturaleza », dice el Dr. Igor Zlotnikov, líder del grupo de investigación en B CUBE, Centro de Bioingeniería Molecular, quien dirigió el estudio. « Los minerales formados por organismos vivos a menudo exhiben características estructurales y cristalográficas que van mucho más allá de las capacidades de producción que ofrecen los métodos sintéticos actuales ».
El equipo se centró en L. granifera, un tipo de alga que utiliza calcita para formar conchas. Sus capas esféricas tienen una arquitectura de cristal única. Los cristales están alineados radialmente, lo que significa que se extienden desde el centro de la esfera hacia el exterior. « Los métodos actuales de fabricación de perovskitas no pueden producir materiales como este de forma sintética. Sin embargo, podemos intentar transformar las estructuras naturales existentes en materiales funcionales manteniendo su arquitectura original », añade el Dr. Zlotnikov.
Ajuste químico
Para transformar las capas minerales naturales de las algas en perovskitas funcionales, el equipo tuvo que sustituir elementos químicos en la calcita. Para ello, adaptaron un método desarrollado por sus colaboradores en el instituto AMOLF de Ámsterdam. Durante la transformación, los científicos pudieron producir diferentes tipos de arquitecturas de cristal alterando la composición química del material. De esa manera, podrían afinar sus propiedades electro-ópticas.
Al convertir las capas de calcita en haluros de plomo con yodo, bromuro o cloruro, el equipo pudo crear perovskitas funcionales optimizadas para emitir solo luz roja, verde o azul.
Listo para escalar
« Demostramos por primera vez que los minerales producidos por organismos unicelulares pueden transformarse en materiales funcionales tecnológicamente relevantes. En lugar de competir con la naturaleza, podemos aprovechar los años de adaptación evolutiva por los que ya pasaron », dice el Dr. Zlotnikov.
El método desarrollado por su equipo se puede ampliar, lo que abre la posibilidad de que la industria aproveche las algas y muchos otros organismos unicelulares formadores de calcita para producir materiales funcionales con formas y propiedades cristalográficas únicas.
Fondos
El proyecto formaba parte de la imitación DinoLight apoyada por el Estado Libre de Sajonia para desarrollar tecnologías y materiales innovadores y respetuosos con el medio ambiente basados en nanoestructuras tridimensionales naturales.