Una revolución: la nanotecnología

¿Cuencos de cristal coloreados por nanopartículas? Puede que ya lo hayas soñado: ¡cuencos de cristal en color! De hecho, hay diferentes formas de colorear un recipiente de cuarzo. Pero, ¿sabías que hoy en día, la tecnología permite el uso de nanopartículas para esto?

¿Cuáles son los beneficios?

Cada método de coloración, por tratamiento superficial o en masa, ofrece un espectro de diferentes colores. El resultado varía según el método, con efectos como iridiscencia transparente o colores más oscuros, espejo o esmerilados. Cada uno de estos métodos tiene ventajas y desventajas.

La gran ventaja de los cuencos de cristal coloreados por nanopartículas es la garantía de un color que no se deteriora ni con el uso ni con el tiempo. Además, obtenemos una respuesta espectral que parece estar en 3D. ¡Y la paleta de matices es interminable!

Tratemos de entender mejor...

¿Qué significa nano?

¡En el mundo de lo nano, estamos en la escala de una mil millonésima parte de un metro!

Como se puede imaginar, el nanómetro (nm) se utiliza para expresar dimensiones a escala atómica. Desde un punto de vista dimensional, las nanopartículas se sitúan entre la llamada materia macroscópica y la escala atómica o molecular. Por lo tanto, su tamaño es mucho más pequeño que el de una célula humana.

El nanómetro también se utiliza para expresar las longitudes de onda de la radiación electromagnética, incluido el espectro visible, que está entre 400 y 800 nm.

¿Cómo se colorean los cuencos de cristal?

La base de estos cuencos es clara y transparente. Luego, las nanopartículas los colorearán en un enfriamiento, gracias a los iones de metales de transición, aquí plata (Ag). El objetivo es precipitarlo en conjunto, con el fin de obtener una coloración clara. Es un método de intercambio iónico que se basa en la sustitución de un ion de cuarzo por un ion de plata.

La coloración por intercambio iónico con plata, requiere mucho conocimiento en el campo de los nanomateriales. Esto consiste en introducir iones de plata en la matriz de cuarzo, que luego se agregarán, para formar nanopartículas metálicas contenidas en el mismo cuarzo.

Tecnología híbrida

Esta tecnología es compleja e híbrida porque toma prestado tanto de la física clásica como de las teorías cuánticas. También utiliza la teoría del campo cristalino, que describe la estructura electrónica de los complejos de metales de transición.

¿Cómo funciona?

Para explicar el fenómeno, digamos que cuando los iones metálicos reciben luz, absorben parte de la energía transportada por los fotones de luz, lo que hace que los electrones en sus capas superficiales se exciten. Estos electrones luego evolucionan de su estado de energía fundamental a niveles de energía más altos. Dependiendo de las diferencias en los niveles de energía, el ion absorberá una cierta frecuencia de la luz recibida y luego volverá a emitir el color complementario.

¡Así que tantas diferencias de energía como sea posible, tantos colores como sea posible!

Colores inalienables:

Si son inalterables, ¡es el hecho de su fabricación! De hecho, una vez que la plata se introduce en la matriz del cuenco de cristal, este último se someterá a un tratamiento en un baño de agua regia (mezcla de ácido clorhídrico concentrado y ácido nítrico concentrado, para disolver los llamados metales nobles). Luego, el metal se distribuirá uniformemente en la mezcla durante el próximo calentamiento. Este calentamiento permite que los átomos de plata se muevan un poco más hacia el cuarzo. Cuando se encuentren, se aferrarán entre sí: ¡esta es la etapa de crecimiento cristalino que conduce, poco a poco, a la formación de agregados de varios cientos o incluso unos pocos miles de átomos metálicos!

¿Cómo se obtienen mezclas de colores tan precisas?

De hecho, el tamaño de los agregados metálicos influirá en el color. Echemos un vistazo más de cerca a sus estructuras y propiedades ópticas.

Aquí ya no tenemos una absorción atómica de la luz (absorción por átomos de metales o iones metálicos), sino una absorción óptica muy particular por agregados enteros. Esto se basa en dos fenómenos en competencia:

• Es metal, incluso en la escala de lo infinitamente pequeño: por lo tanto, absorbe la luz por interbandas (entre la llamada banda de valencia y la llamada banda de conducción). Esto suele ocurrir en longitudes de onda bastante distantes, hacia el ultravioleta (entre 10 y 400 nanómetros).

• Estos son agregados muy pequeños: por lo tanto, el número de átomos en la superficie es importante en comparación con el número de átomos en su interior. Esto tiene como consecuencia que los átomos en la superficie forman con sus electrones libres una especie de gas, capaz de entrar en resonancia con cualquier radiación magnética, en este caso luz, y producir lo que se llama una "resonancia plasmónica".

Estos hermosos colores son posibles gracias a la colaboración de químicos y físicos. Esta alianza, que ha permitido comprender y dominar la estructura de los materiales a nanoescala, ya ha revolucionado la industria del vidrio, por ejemplo.

Hoy en día, este avance se abre paso en crisoles de cuarzo de roca y transforma a estos fabricantes en una industria donde la alta tecnología y la artesanía se casan.

Una tecnología innovadora e inspiradora, al servicio de la creatividad y el hombre...