HYBRIDIZING ENERGY CONVERSION AND STORAGE IN A MECHANICAL-TO-ELECTROCHEMICAL PROCESS FOR SELF-CHARGING POWER CELL

 "Hybridizing Energy Conversion and Storage in a Mechanical-to-Electrochemical Process for Self-Charging Power Cell". X. Xue, S. Wang, W. Guo, Y. Zhang, Z. L. Wang. NANOLETTERS. In press. DOI: 10.1021/nl302879t

Energy generation and energy storage are two distinct processes that are usually accomplished using two separated units designed on the basis of different physical principles, such as piezoelectric nanogenerator and Li-ion battery; the former converts mechanical energy into electricity, and the latter stores electric energy as chemical energy. Here, we introduce a fundamental mechanism that directly hybridizes the two processes into one, in which the mechanical energy is directly converted and simultaneously stored as chemical energy without going through the intermediate step of first converting into electricity. By replacing the polyethylene (PE) separator as for conventional Li battery with a piezoelectric poly(vinylidene fluoride) (PVDF) film, the piezoelectric potential from the PVDF film as created by mechanical straining acts as a charge pump to drive Li ions to migrate from the cathode to the anode accompanying charging reactions at electrodes. This new approach can be applied to fabricating a self-charging power cell (SCPC) for sustainable driving micro/nanosystems and personal electronics. 

La generación y el almacenamiento de energía son dos procesos distintos que usualmente ocurren utilizando dos unidades por separado, diseñadas en base a principios físicos distintos, tal y como ocurre con la nanogeneración piezoeléctrica y con las baterías de iones de Li; en el primer caso la energía mecánica se convierte en electricidad, y en el segundo la energía eléctrica se almacena como energía química. Aquí se presenta un mecanismo fundamental que hibridiza, en uno, los dos procesos directamente, en el cual la energía mecánica es convertida directamente y almacenda de forma simultánea como energía química, sin la necesidad de pasar por un paso intermedio que primero convierta la energía en electricidad. Por medio del reemplazo del polietileno (PE), como separador convencional en las baterías de Li, por una película piezoeléctrica de fluoruro de polivinilideno, el potencial piezoeléctrico de la película PVDF, que se crea por esfuerzos mecánicos, funciona como una fuente de carga que dirige la migración de los iones de Li del cátodo al ánodo, acompañando de reacciones de recarga en los electrodos. Esta nueva estrategia puede aplicarse a la fabricacion de celdas de potencia autorecargables para el manejo de micro/nano-sistemas sostenibles y para electrónica personal.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl302879t

LASER SHOCK-BASED PLATFORM FOR CONTROLLABLE FORMING OF NANOWIRES

 "Laser Shock-Based Platform for Controllable Forming of Nanowires". J. Li, Y. Liao, S. Suslov, G. J. Cheng. NANOLETTERS 12, 3224 (2012). DOI: 10.1021/nl3012209

One-dimensional nanomaterials have attracted a great deal of research interest in the past few decades due to their unique mechanical, electrical, and optical properties. Changing the shape of nanowires (NWs) is both challenging and crucial to change the property and open wide functions of NWs, such as strain engineering, electronic transport, mechanical properties, band structure, and quantum properties, etc. Here we report a scalable strategy to conduct cutting, bending, and periodic straining of NWs by making use of laser shock pressure. Three-dimensional shaping of silver NWs is demonstrated, during which the Ag NWs exhibit very good ductility (strain-to-failure reaches 110%). Meanwhile, the high electrical conductivity of Ag NWs could retain well under controlled laser shock pressure. The microstructure observation indicates that the main deformation mechanism in Ag NWs under dynamic loading is formation of twinning and stacking fault, while dislocation motion and pile-up is less obvious. This method could be applied to semiconductor NWs as well.

En las últimas décadas los nanomateriales unidimensionales han atraído poderosamente el interés científico, debido a sus propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas únicas. La modificación de la forma de los nanoalambres (NWs) es un reto crucial para cambiar las propiedades y permitir que los NWs desempeñen diversas funciones en cuestiones tales como en ingeniería de esfuerzos, transporte electrónico, propiedades mecáncias, estructuras de bandas, y propiedades cuánticas, etc. Aquí se reporta una estrategia escalable para llevar a cabo el corte, el doblado y el moldeado periódico de los NWs, por medio del uso de presión de choque láser. Se demuestra el modelado tridimensional de NWs de plata, durante el cual los NWs de AG muestran una muy buena ductibilidad (la falla al esfuerzo alcanza el 110%), mientras que la alta conductividad eléctrica de los NWs de Ag se matiene, bajo una presión de choque láser controlada. La observación de microestructuras indica que el principal mecanismo de deformación en los NWs de Ag, bajo carga dinámica, es la apilación de maclas y de fallas, aunque el movimiento de dislocaciones y el apilamiento es menos obvio. Este método también es susceptible de aplicarse a NWs semiconductores.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl3012209 

STEP-BY-STEP FABRICATION OF A HIGHLY ORIENTED CRYSTALLINE THREE-DIMENSIONAL PILLARED-LAYER-TYPE METAL-ORGANIC FRAMEWORK THIN FILMS CONFIRMED BY SYNCHROTRON X-RAY DIFFRACTION

 

"Step-by-step fabrication of a highly oriented crystalline three-dimensional pillared-layer metal-organic framework thin film confirmed by synchrotron X-ray diffraction". K. Otsubo, T. Haraguchi, O. Sakata, A. Fujiwara, H. Kitagawa. JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 134, 9605 (2012). DOI: 10.1021/ja304361v

Fabrication of a crystalline ordered thin film based on the porous metal–organic frameworks (MOFs) is one of the practical applications of the future functional nanomaterials. Here, we report the creation of a highly oriented three-dimensional (3-D) porous pillared-layer-type MOF thin film on a metal substrate using a step-by-step approach based on liquid-phase epitaxy. Synchrotron X-ray diffraction (XRD) study clearly indicates that the thin film is crystalline and its orientation is highly controlled in both horizontal and vertical directions relative to the substrate. This report provides the first confirmation of details of not only the crystallinity but also the orientation of 3-D MOF thin film using synchrotron XRD. Moreover, we also demonstrate its guest adsorption/desorption behavior by using in situ XRD measurements. The results presented here would promise useful insights for fabrication of MOF-based nanodevices in the future.

La fabricación de una película delgada con ordenamiento cristalino, en base a estructuras porosas metal-orgánicas (MOFs), es un a de las aplicaciones prácticas de los nanomateriales funcionales futuros. Aquí se reporta la elaboración, sobre un sustrato metálico, de una película delgada MOF porosa, tridimensional (3-D), ensamblada por apilación de capas, y con un alto ordenamiento, a partir de una estrategia de paso a paso basada en crecimiento epitaxial en fase líquida. Los estudios de difracción de rayos X (XRD), en sincrotrón, indican claramente que la película delgada es cristalina y que su orientación está altamente controlada en las direcciones vertical y horizontal, en relación al sustrato. Este reporte proporciona la primera confirmación de detalles que no solamente corresponden a la cristalinidad, sino que también corresponden a la orientación de la película delgada MOF 3-D, a partir del uso de XRD en sincrotrón. Es más, también se demuestra su comportamiento ante la adsorción/desorción por medio de mediciones XRD in situ. Los resultados que se presentan proporcionan conocimiento útil para la fabricación de nanodispositivos futuros hechos con MOFs.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja304361v 

SCIENCE AND INNOVATION WEEK 2012

http://extranet.icyt.df.gob.mx/sci2012/en/

EVOLUTION OF NONLINEAR OPTICAL PROPERTIES: FROM GOLD ATOMIC CLUSTERS TO PLASMONIC NANOCRYSTALS

"Evolution of Nonlinear Optical Properties: From Gold Atomic Clusters to Plasmonic Nanocrystals". R. Philip, P. Chantharasupawong, H. Qian, R. Jin, J. Thomas. NANOLETTERS. In press. DOI: 10.1021/nl301988v

Atomic clusters of metals are an emerging class of extremely interesting materials occupying the intermediate size regime between atoms and nanoparticles. Here we report the nonlinear optical (NLO) characteristics of ultrasmall, atomically precise clusters of gold, which are smaller than the critical size for electronic energy quantization (2 nm). Our studies reveal remarkable features of the distinct evolution of the optical nonlinearity as the clusters progress in size from the nonplasmonic regime to the plasmonic regime. We ascertain that the smallest atomic clusters do not show saturable absorption at the surface plasmon wavelength of larger gold nanocrystals (>2 nm). Consequently, the third-order optical nonlinearity in these ultrasmall gold clusters exhibits a significantly lower threshold for optical power limiting. This limiting efficiency, which is superior to that of plasmonic nanocrystals, is highly beneficial for optical limiting applications.

Los aglomerados atómicos de metales son una tipo de materiales emergentes sumamente interesantes, que se caracterizan por dimensiones espaciales que se encuentran entre las de los átomos y las de las nanopartículas. Aquí se reportan las características ópticas no lineales (NLO) de aglomerados de oro ultrapequeños, de precisión atómica, los cuales son menores en tamaño que el tamaño crítico para la cuantización de la energía electrónica (~2 nm). Los estudios revelan características notables acerca de la evolución de la no linealidad óptica conforme las aglomerados aumentan en tamaño, desde la región no plasmónica hasta la región plasmónica. Se determinó que los aglomerados atómicos de menor tamaño no muestran absorción saturable a la longitud de onda del plasmón de superficie de los nanocristales de oro mayores (>2 nm). En consecuencia, la no linealidad óptica de tercer orden en estos aglomerados de oro ultrapequeños muestra un umbral significativamente inferior para la limitación óptica de la potencia. Esta eficiencia en la limitación óptica, que es superior a la de los nanocristales plasmónicos, es altamente benéfica para aplicaciones de limitación óptica.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl301988v 

MACROPOROUS NANOWIRE NANOELECTRONIC SCAFFOLDS FOR SYNTHETIC TISSUES

"Macroporous nanowire nanoelectronic scaffolds for synthetic tissues". B. Tian, J. Liu, T. Dvir, L. Jin, J. H. Tsui, Q. Qing, Z. Suo, R. Langer, D. S. Kohane, C. M. Lieber. NATURE MATERIALS. In press. DOI: 10.1038/nmat3404

The development of three-dimensional (3D) synthetic biomaterials as structural and bioactive scaffolds is central to fields ranging from cellular biophysics to regenerative medicine. As of yet, these scaffolds cannot electrically probe the physicochemical and biological microenvironments throughout their 3D and macroporous interior, although this capability could have a marked impact in both electronics and biomaterials. Here, we address this challenge using macroporous, flexible and free-standing nanowire nanoelectronic scaffolds (nanoES), and their hybrids with synthetic or natural biomaterials. 3D macroporous nanoES mimic the structure of natural tissue scaffolds, and they were formed by self-organization of coplanar reticular networks with built-in strain and by manipulation of 2D mesh matrices. NanoES exhibited robust electronic properties and have been used alone or combined with other biomaterials as biocompatible extracellular scaffolds for 3D culture of neurons, cardiomyocytes and smooth muscle cells. Furthermore, we show the integrated sensory capability of the nanoES by real-time monitoring of the local electrical activity within 3D nanoES/cardiomyocyte constructs, the response of 3D-nanoES-based neural and cardiac tissue models to drugs, and distinct pH changes inside and outside tubular vascular smooth muscle constructs.

El desarrollo de biomateriales sintéticos tridimensionales como soportes estructurales bioactivos es un tema central en áreas que van de la biofísica celular a la medicina regenerativa. A la fecha, estos soportes no son capaces de monitorear los microambientes fisicoquímicos y biológicos a través de su interior macroporoso tridimensional, sin embargo, de ser capaces, tendrían un fuerte impacto tanto en la electrónica como en los biomateriales. Aquí se trabaja en ese reto, utilizando soportes nanoelectrónicos de nanoalambres macroporosos, flexibles y libres (nanoES), y utilizando sus híbridos con biomateriales naturales y sintéticos. Los nanoES macroporosos tridimensionales imitan la estructura de los soportes de tejidos naturales, y son formados por la autoorganización, mediante presión y manipulación, de redes reticulares coplanares con redes matriciales bidimensionales. Los nanoES exhiben propiedades electrónicas robustas y han sido usados individualmente o en combinación con otros biomateriales como soportes extracelulares biocompatibles para el cultivo tridimensional de neuronas, cardiomiocitos y células musculares lisas. Es más, se muestra la capacidad de los nanoEs para realizar monitoreo integrado en tiempo real de la actividad eléctrica local en estructuras nanoES/cardiomiocitos tridimensionales, para la respuesta de modelos de tejido cardíaco y neuronal basados en nanoES tridimensionales ante medicamentos, y para los distintos cambios de pH que ocurren dentro y fuera de las estructuras tubulares de los músculos lisos.

http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat3404.html 

INTEGRATED CIRCUITS BASED ON BILAYER MoS2 TRANSISTORS

 "Integrated Circuits Based on Bilayer MoS₂ Transistors". H. Wang, L. Yu, Y. -H. Lee, Y. Shi, A. Hsu, M. L. Chin, L. -J Li, M. Dubey, J. Kong, T. Palacios. NANOLETTERS. In press. DOI: 10.1021/nl302015v

Two-dimensional (2D) materials, such as molybdenum disulfide (MoS₂), have been shown to exhibit excellent electrical and optical properties. The semiconducting nature of MoS₂ allows it to overcome the shortcomings of zero-bandgap graphene, while still sharing many of graphene’s advantages for electronic and optoelectronic applications. Discrete electronic and optoelectronic components, such as field-effect transistors, sensors, and photodetectors made from few-layer MoS₂ show promising performance as potential substitute of Si in conventional electronics and of organic and amorphous Si semiconductors in ubiquitous systems and display applications. An important next step is the fabrication of fully integrated multistage circuits and logic building blocks on MoS₂ to demonstrate its capability for complex digital logic and high-frequency ac applications. This paper demonstrates an inverter, a NAND gate, a static random access memory, and a five-stage ring oscillator based on a direct-coupled transistor logic technology. The circuits comprise between 2 to 12 transistors seamlessly integrated side-by-side on a single sheet of bilayer MoS₂. Both enhancement-mode and depletion-mode transistors were fabricated thanks to the use of gate metals with different work functions.

Los materiales bidimensionales (2D), tales como el disulfuro de molibdeno (MoS₂), han mostrado que exhiben excelentes propiedades eléctricas y ópticas. La naturaleza semiconductora del MoS₂ permite superar las limitaciones de la brecha de energía nula del grafeno, y al mismo tiempo comparte muchas de las ventajas del grafeno para las aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas. Los componentes electrónicos y optoelectrónicos discretos, tales como los transistores de efecto de campo, los sensores, y los fotodetectores hechos de algunas capas de MoS₂ muestran un desempeño prometedor como substitutos potenciales del Si en la electrónica convencional y de los semiconductores orgánicos y de Si amorfo en todos los sistemas y en las aplicaciones de proyección. Un importante paso a seguir es la fabricación de circuitos multietapas completamente integrados y la fabricación de bloques de construcción lógicos en MoS₂ para demostrar su capacidad de formar parte en aplicaciones ac de alta frecuencia y en aplicaciones de lógica digital compleja. Este trabajo muestra un inversor, una compuerta NAND, una memoria de acceso aleatorio estático, y un oscilador de anillo de cinco etapas basados en una tecnología de lógica de transistores acoplados directamente. Los circuitos comprenden de 2 a 12 transistores integrados lado por lado, sin uniones, sobre una capa individual de MoS₂ bicapa. Ambos, los transistores en el modo de incremento y en el modo de depleción, fueron fabricados gracias al uso de metales compuerta con diferentes funciones de trabajo.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl302015v 

SELECTIVE FUNCTIONALIZATION OF 3D MATRICES VIA MULTIPHOTON GRAFTING AND SUBSEQUENT CLICK CHEMISTRY

"Selective Functionalization of 3D Matrices Via Multiphoton Grafting and Subsequent Click Chemistry". A. Ovsianikov, Z. Li, J. Torgersen, J. Stampfl, R. Liska. ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS. In press. DOI: 10.1002/adfm.201200419

Grafting is a popular approach for adjusting the properties and functionalization of various surfaces. Conventional photoinduced grafting has been utilized on flat surfaces, porous monoliths, and hydrogels. By masking or illuminating only a portion of the sample, a certain degree of spatial and temporal control is possible, but the ability to use grafting to pattern in 3D is limited. Here, the laser-induced photolysis of an aromatic azide compound is employed for true 3D photografting within a poly(ethylene glycol) (PEG)-based matrix. Since the multiphoton interaction occurs only in a confined area within the laser focal spot, the localized immobilization of a selected molecule with high spatial resolution in 3D is possible. In contrast to the widely utilized chain-growth polymerization-based grafting, the approach is characterized by a single-molecule insertion mechanism. Successful binding of the fluorophore is confirmed by laser scanning microscopy. To test for the presence of latent azides and to determine the suitability for additional postmodification with arbitrary functional groups, the sample is further subjected to copper-catalyzed alkyne click-reaction conditions. The described 3D photografting method is simple, highly efficient, and universal. The presented results demonstrate the great potential of multiphoton-induced grafting for 3D site-specific functionalization.

El anclaje es una estrategia común para ajustar las propiedades así como para funcionalizar distintos tipos de superficies. El anclaje fotoinducido convencional ha sido utilizado en superficies planas, monolitos porosos, e hidrogeles. Enmascarando o iluminando sólo una porción de la muestra, se obtiene un cierto grado de control espacial y temporal, pero la capacidad de utilizar el anclaje para estructurar en 3D es limitada. Aquí se emplea la fotólisis láser de un compuesto azido aromático para un fotoanclaje 3D verdadero en una matriz hecha de polietilenglicol (PEG). Dado que sólo existe una interacción multifotónica en un área reducida del punto focal, se puede lograr la inmovilización localizada de una molécula en específico con una alta resolución espacial en 3D. En contraste con el anclaje ampliamente utilizado, en el que se usa el crecimiento de cadenas por polimerización, esta estrategia se caracteriza po un mecanismo de insersión de moléculas individuales. Se confirmó el enlace exitoso del fluoróforo por medio de microscopia láser de barrido. Para probar la presencia de grupos azidos latentes y determinar la capacidad de realizar modificaciones posteriores adicionales con grupos funcionales arbitrarios, la muestra se somete además a condiciones de reacciones "click" con grupos alquino, catalizadas con cobre. El método de fotoanclaje 3D que se describe es sencillo, altamente eficiente, y universal. Los resultados que se presentan demuestran el gran potencial del anclaje inducido por multifotones para la funcionalización 3D en sitios específicos.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201200419/abstract 

ROOM-TEMPERATURE FERROELECTRICITY IN SUPRAMOLECULAR NETWORKS OF CHARGE-TRANSFER COMPLEXES

 

"Room-temperature ferroelectricity in supramolecular networks of charge-transfer complexes". A. S. Tayi,  A. K. Shveyd, A. C. -H. Sue, J. M. Szarko, B. S. Rolczynski, D. Cao, T. J. Kennedy, A. A. Sarjeant, C. L. Stern, W. F. Paxton, W. Wu, S. K. Dey, A. C. Fahrenbach, J. R. Guest, H. Mohseni, L. X. Chen, K. L. Wang, J. F. Stoddart, S. I. Stupp. NATURE 488, 485 (2012). DOI: 10.1038/nature11395

Materials exhibiting a spontaneous electrical polarization that can be switched easily between antiparallel orientations are of potential value for sensors, photonics and energy-efficient memories. In this context, organic ferroelectrics are of particular interest because they promise to be lightweight, inexpensive and easily processed into devices. A recently identified family of organic ferroelectric structures is based on intermolecular charge transfer, where donor and acceptor molecules co-crystallize in an alternating fashion known as a mixed stack: in the crystalline lattice, a collective transfer of electrons from donor to acceptor molecules results in the formation of dipoles that can be realigned by an external field as molecules switch partners in the mixed stack. Although mixed stacks have been investigated extensively, only three systems are known to show ferroelectric switching, all below 71 kelvin. Here we describe supramolecular charge-transfer networks that undergo ferroelectric polarization switching with a ferroelectric Curie temperature above room temperature. These polar and switchable systems utilize a structural synergy between a hydrogen-bonded network and charge-transfer complexation of donor and acceptor molecules in a mixed stack. This supramolecular motif could help guide the development of other functional organic systems that can switch polarization under the influence of electric fields at ambient temperatures.

Los materiales que muestran una polarización eléctrica espontánea que pueden intercambiar fácilmente sus orientaciones antiparalelas son potencialmente valiosos en sensores, en fotónica y en memorias energéticamente eficientes. En este contexto, los ferroeléctricos orgánicos son de particular interés, ya que prometen ser ligeros, económicos y de fácil incorporación en dispositivos. Una familia de estructuras ferroeléctricas orgánicas, recientemente identificada, está basada en la transferencia de carga intermolecular, donde las moléculas donadoras y aceptoras cocristalizan en un arreglo alternativo, conocido como apilamiento mixto: en la red cristalina, una transferencia colectiva de electrones entre las moléculas donadoras y aceptoras da lugar a la formación de dipolos que pueden realinearse mediante un campo externo, como moléculas interruptoras en el apilamiento mixto. A pesar de que los apilamientos mixtos han sido ampliamente estudiados, se sabe que sólo tres de ellos muestran alternancia ferroeléctrica, todos por debajo de los 71 kelvin. Aquí se describen unas redes de transferencia de carga supramolecular que permiten la alternancia de polarización ferroeléctrica con una temperatura ferroeléctrica de Curie por encima de la temperatura ambiente. Estos sistemas polares y alternantes utilizan una sinergia estructural entre una red de enlaces de hidrógeno y complejos de transferencia de carga de moléculas aceptoras y donadoras, en un apilamiento mixto. Este paradigma supramolecular puede ayudar a guiar el desarrollo de otros sistemas orgánicos funcionales que puedan controlar su estado de polarización a temperatura ambiente bajo la influencia de campos eléctricos.

http://www.nature.com/nature/journal/v488/n7412/full/nature11395.html 

HARVESTING SOLAR ENERGY BY MEANS OF CHARGE-SEPARATING NANOCRYSTALS AND THEIR SOLIDS

  "Harvesting Solar Energy by Means of Charge-Separating Nanocrystals and Their Solids". G. Diederich, T. O'Connor, P. Moroz, E. Kinder, E. Kohn, D. Perera, R. Lorek, S. Lambright, M. Imboden, M. Zamkov. JOURNAL OF VISUALIZED EXPERIMENTS 66, e4296 (2012). DOI: 10.3791/429 

Conjoining different semiconductor materials in a single nano-composite provides synthetic means for the development of novel optoelectronic materials offering a superior control over the spatial distribution of charge carriers across material interfaces. As this study demonstrates, a combination of donor-acceptor nanocrystal (NC) domains in a single nanoparticle can lead to the realization of efficient photocatalytic
materials, while a layered assembly of donor- and acceptor-like nanocrystals films gives rise to photovoltaic materials. Initially the paper focuses on the synthesis of composite inorganic nanocrystals, comprising linearly stacked ZnSe, CdS, and Pt domains, which jointly promote photoinduced charge separation. These structures are used in aqueous solutions for the photocatalysis of water under solar radiation, resulting in the production of H2 gas. To enhance the photoinduced separation of charges, a nanorod morphology with a linear gradient originating from an intrinsic electric field is used. The inter-domain energetics are then optimized to drive photogenerated electrons toward the Pt catalytic site while expelling the holes to the surface of ZnSe domains for sacrificial regeneration (via methanol). Here we show that the only efficient way to produce hydrogen is to use electron-donating ligands to passivate the surface states by tuning the energy level alignment at the semiconductor-ligand interface. Stable and efficient reduction of water is allowed by these ligands due to the fact that they fill vacancies in the valence band of the semiconductor domain, preventing energetic holes from degrading it. Specifically, we show that the energy of the hole is transferred to the ligand moiety, leaving the semiconductor domain functional. This enables us to return the entire  nanocrystal-ligand system to a functional state, when the ligands are degraded, by simply adding fresh ligands to the system. To promote a photovoltaic charge separation, we use a composite two-layer solid of PbS and TiO2 films. In this configuration, photoinduced electrons are injected into TiO2 and are subsequently picked up by an FTO electrode, while holes are channeled to a Au electrode via PbS layer. To develop the latter we introduce a Semiconductor Matrix Encapsulated Nanocrystal Arrays (SMENA) strategy, which allows bonding PbS NCs into the surrounding matrix of CdS semiconductor. As a result, fabricated solids exhibit excellent thermal stability, attributed to the heteroepitaxial structure of nanocrystal-matrix interfaces, and show compelling light-harvesting performance in prototype solar cells.

La unión de distintos materiales semiconductores en un único nanocomposito proporciona un medio de síntesis para el desarrollo de nuevos materiales optoelectrónicos que ofrezcan un control superior sobre la distribución espacial de los portadores de carga a través de las interfaces de los materiales. Como se demuestra en este estudio, una combinación de dominios de nanocristales (NC) donadores-aceptores en una única nanopartícula puede llevar a la realización de materiales fotocatalíticos eficientes, mientras que un arreglo en capas de películas de los nanocristales aceptores y donadores da lugar a materiales fotovoltaicos. Inicialmente, el trabajo se enfoca en la síntesis de nanocristales inorgánicos compuestos, los cuales comprenden un acomodo en línea de dominios de ZnSe, CdS y Pt, que en conjunto promueven la separación de carga fotoinducida. Estas estructuras se usan en soluciones acuosas para la fotocatálisis de agua bajo radiación solar, resultando en la producción de H2 gaseoso. Para aumentar la separación de cargas fotoinducida, se utiliza una morfología de nanobarra con un gradiente lineal que se origina a partir de un campo eléctrico intrínseco. El balance de energía entre los dominios se optimiza para llevar a los electrones fotogenerados hacia el sitio catalítico de Pt, expulsando al mismo tiempo los huecos hacia la superficie de los dominios de ZnSe, para una regeneración de sacrificio (vía metanol). Aquí se muestra que la única manera eficiente de producir hidrógeno es el uso de ligantes donadores de electrones para pasivar los estados superficiales, por medio de la sintonización del alineamiento de los niveles de energía en la interfaz semiconductor-ligante. Estos ligantes permiten una reducción estable y eficiente del agua, debido al hecho de que llenan las vacancias de la banda de valencia del dominio semiconductor, previniendo que los huecos muy energéticos lo degraden. Se muestra, específicamente, que la energía de los huecos se transfiere a los ligantes, dejando funcional al dominio semiconductor. Ésto permite regresar el sistema completo de ligante-semiconductor a un estado funcional cuando los ligantes se degradan por la simple adición de ligantes frescos al sistema. Para promover la separación de carga fotovoltaica, se usa una bicapa sólida de películas de  PbS y TiO2. En esta configuración los electrones fotoinducidos se inyectan en el TiO2 y son posteriormente colectados por un electrodo FTO, mientras que los huecos son encausados hacia un electrodo de Au,  a través de la capa PbS. Para realizar esto último, se introduce un Arreglo de Nanocristales Encapsulados de Matriz Semiconductora (SMENA) como estrategia, la cual permite unir los NCs de PbS en la matriz envolvente del semiconductor CdS. Como resultado, los sólidos fabricados muestran una excelente estabilidad térmica, que se atribuye a la estructura heteroepitaxial de la interfaz matriz-nanocristal, y además muestran buen desempeño como colectores de luz en prototipos de celdas solares.

http://www.jove.com/video/4296/harvesting-solar-energy-means-charge-separating-nanocrystals-their

GALO SOLER ILLIA AT CONICET DIALOGA

Prof. Galo Soler Illia from University of Buenos Aires (Argentina) talked with people about technology, as part of the CONICET DIALOGA initaitive. Prof. Galo Soler Illia is a scientific researcher interested in Materials Chemistry, Sol-Gel Synthesis, Mesoporous Materials and Thin Films.

El Prof. Galo Soler Illia de la Universidad de Buenos Aires (Argentina) habla con la gente acerca de la nanotecnología, como parte de la iniciativa CONICET DIALOGA. El Prof. Galo Soler Illia es un investigador científico interesado en Química de Materiales, Síntesis Sol-Gel, Materiales Mesoporosos y Películas Delgadas.

Traducción al inglés:

I am Galo Soler Illia, independent researcher from CONICET. I work in the Atomic Energy National Comission. I am a chemist and I work on nanotechnology.

In the nanotechnology, we work on the manufacture of nanometric size materials, very small materials. One nanometer is one billionth part of a meter. The interest on this scale is due to the radical change of the materials properties with respect to those properties of usual materials; this change is due only to the change in the size of the materials.

We work on the research about all the phenomena present at nanoscale, and we also work on those useful materials properties for devices devoted to the environmental improvement, new energy sources, health care, and to other kinds of applications.

I liked a lot the CONICET DIALOGA experience because it was wonderful to be in a place as comfortable as the living room of my house, with a lot of people interested on nanotechnology; very young kids were asking me a lot of very interesting questions, they were really interested, even my daughter was there.

It was established an incredible communication with people, I think this was a great forum, it was a very rich and beautiful experience.

I think that these kinds of events are very important, events in which we, the scientists, can talk directly with people. These events are important due to several things, first, because this is an opportunity to show common people that there are more things than those of the common life, but also to show them that science is something which is practically always as close as the door of their houses; to show that science is part of their life. And, in the case of kids, these experiences are very enriching because the kids realize that there are a lot of opportunities, which maybe they ingored before.

I have learned a lot, for each talk I give, there is always an interesting question or a comment about something interesting that I had not thought about before, so I start to think and to learn from that. That helps me to establish a better communication with people.

 The fact that a scientist can talk with the people who, basically, give the money for his (her) salary is a really enriching experience.

HYBRID PASSIVATED COLLOIDAL QUANTUM DOT SOLIDS

"Hybrid passivated colloidal quantum dot solids". A. H. Ip, S. M. Thon, S. Hoogland, O. Voznyy, D. Zhitomirsky, R. Debnath, L. Levina, L. R. Rollny, G. H. Carey, A. Fischer, K. W. Kemp, I. J. Kramer, Z. Ning, A. J. Labelle, K. W. Chou, A. Amassian, E. H. Sargent. NATURE NANOTECHNOLOGY.  

In press. DOI: 10.1038/nnano.2012.127

Colloidal quantum dot (CQD) films allow large-area solution processing and bandgap tuning through the quantum size effect. However, the high ratio of surface area to volume makes CQD films prone to high trap state densities if surfaces are imperfectly passivated, promoting recombination of charge carriers that is detrimental to device performance. Recent advances have replaced the long insulating ligands that enable colloidal stability following synthesis with shorter organic linkers or halide anions, leading to improved passivation and higher packing densities. Although this substitution has been performed using solid-state ligand exchange, a solution-based approach is preferable because it enables increased control over the balance of charges on the surface of the quantum dot, which is essential for eliminating midgap trap states. Furthermore, the solution-based approach leverages recent progress in metal:chalcogen chemistry in the liquid phase. Here, we quantify the density of midgap trap states in CQD solids and show that the performance of CQD-based photovoltaics is now limited by electron–hole recombination due to these states. Next, using density functional theory and optoelectronic device modelling, we show that to improve this performance it is essential to bind a suitable ligand to each potential trap site on the surface of the quantum dot. We then develop a robust hybrid passivation scheme that involves introducing halide anions during the end stages of the synthesis process, which can passivate trap sites that are inaccessible to much larger organic ligands. An organic crosslinking strategy is then used to form the film. Finally, we use our hybrid passivated CQD solid to fabricate a solar cell with a certified efficiency of 7.0%, which is a record for a CQD photovoltaic device. 

Las películas hechas de puntos cuánticos coloidales (CQD) permiten una solución al procesamiento de amplias áreas y a la sintonización de las brechas de energía a través de efectos cuánticos. Sin embargo, la alta proporción entre su área superficial y su volumen hace a las películas de CQD susceptibles de contener altas densidades de trampas si las superficies no se pasivan perfectamente, lo cual promueve la recombinación de portadores de carga en detrimento del desempeño del dispositivo. Los avances recientes han reemplazado los ligantes altamente aislantes que permiten la estabilidad coloidal, siguiendo síntesis con ligantes orgánicos más cortos o con haluros aniónicos, llevando a una mejoría en la pasivación y a un aumento en las densidades de empaquetamiento. Sin embargo, esta substitución se ha llevado a cabo usando intercambios de ligantes de estado sólido, pero es preferible una estrategia basada en disoluciones porque permite un aumento en el control del balance de cargas sobre la superficie del punto cuántico, lo cual es esencial para la eliminación de trampas con estados ubicados en la brecha de energía. Es más, la estrategia basada en disoluciones tiene influencia en los progresos más recientes en metales: en la química de calcogenuros en fase líquida. Aquí se cuantifica la densidad de trampas con estados ubicados en la brecha de energía en los sólidos CQD, y se muestra que el desempeño de los dispositivos fotovoltaicos basados en CQD está limitado por la recombinación electrón-hueco de dichos estados. Además, usando la teoría del funcional de densidad y modelación de dispositivos optoelectrónicos, se muestra que para mejorar el desempeño resulta esencial enlazar un ligante adecuado a cada trampa potencial, los cuales son inaccesibles a los ligantes orgánicos de mayor dimensión. Se usa entonces la estrategia de enlazamiento cruzado para realizar las películas. Finalmente, se usa el sólido QCD, obtenido con pasivación híbrida, para fabricar una celda solar con una eficiencia certificada del 7.0%, lo cual es una nueva marca para un dispositivo fotovoltaico CQD.

http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2012.127.html

FAST FLUORESCENCE SWITCHING WITHIN HYDROPHILIC SUPRAMOLECULAR ASSEMBLIES

"Fast Fluorescence Switching within Hydrophilic Supramolecular Assemblies". J. Cusido, M. Battal, E. Deniz, I. Yildiz, S. Sortino, F. M. Raymo. CHEMISTRY A EUROPEAN JOURNAL. In press. 

DOI: 10.1002/chem.201201184

We designed a supramolecular strategy to modulate fluorescence in water under optical control. It is based on the entrapment of fluorophore–photochrome dyads within the hydrophobic interior of an amphiphilic polymer. The polymeric envelope around the dyads protects them from the aqueous environment, while imposing hydrophilic character on the overall supramolecular construct. In the resulting assemblies, the photochromic component can be operated reversibly on a microsecond timescale under the influence of ultraviolet stimulations. In turn, the reversible transformations control the emission intensity of the adjacent fluorophore. As a result, the fluorescence of such nanostructured constructs can be photomodulated for hundreds of cycles in water with microsecond switching speeds. Thus, our protocol for fast fluorescence switching in aqueous solutions can eventually lead to the realization of functional probes for the investigation of biological samples.

Se diseñó una estrategia supramolecular para modular ópticamente la fluorescencia en el agua. Se basa en el confinamiento de una diada fluoróforo-fotocromo en el interior hidrofóbico de un polímero anfifílico. La envoltura polimérica alrededor de las diadas las protege del ambiente acuoso y a la vez da un carácter hidrofílico a toda la construcción supramolecular en su conjunto. En los arreglos resultantes, el componente fotocrómico puede operarse reversiblemente en una escala temporal de microsegundos, bajo la influencia de estímulos ultravioleta. A cambio, las transformaciones reversibles controlan la intensidad de emisión del fluoróforo adyacente. Como resultado, la fluorescencia de dichos arreglos nanoestructurados pueden fotomodularse durante cientos de ciclos en el agua, con velocidades de activación de microsegundos. Así, el protocolo propuesto para una rápida activación y desactivación de la fluorescencia en soluciones acuosas puede llevar eventualmente a la realización de sensores funcionales para la investigación de muestras biológicas.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/chem.201201184/abstract 

PREPARATION AND Z-SCAN NONLINEAR OPTICAL CHARACTERIZATION OF AU/SIO2- AND AG/SIO2- SUPPORTED NANOPARTICLES DISPERSED IN SILICA SONOGEL

"Preparation and Z-scan nonlinear optical characterization of Au/SiO₂- and Ag/SiO₂ - supported nanoparticles dispersed in silica sonogel". O. G. Morales-Saavedra, R. Zanella, V. Maturano-Rojas, V. Torres-Zúñiga, J. O. Flores-Flores, A. A. Rodríguez-Rosales, R. Ortega-Martínez. JOURNAL OF SOL-GEL SCIENCE AND TECHNOLOGY. In press. DOI: 10.1007/s10971-012-2793-8

Au/SiO₂ and Ag/SiO₂ supported metal-nanoparticles (MNPs) were implemented to fabricate SiO₂-based inorganic–inorganic hybrid sonogel films. Prepared Au/SiO₂- and Ag/SiO₂-MNPs exhibited low 2D-HCP crystallinity with particle diameters below 10 nm and homogeneous size distribution. The catalyst-free (CF) sonogel route was successfully implemented to produce these optically active nanocomposite films by doping the liquid sol-phase with these MNP systems and its subsequent deposition onto glass substrates via standard spin-coating procedures. The easy MNP-loading within the mesoporous dielectric sonogel network evidenced a huge chemical affinity between the silica sonogel hosting system and the guest SiO₂-supported MNPs. This fact allowed us to fabricate high quality hybrid films suitable for cubic nonlinear optical (NLO) characterizations via the Z-Scan technique. Indeed, the hosting sonogel network provided adequate thermal and mechanical stability protecting the active MNPs from environment conditions and diminished their tendency to aggregate; thus, preserving their pristine optical properties and morphology, giving rise to stable sol–gel hybrid films appropriate for photonic applications. Comprehensive morphological, structural, spectroscopic and nonlinear photophysical characterizations were optimally performed to the developed hybrid films. Our results have shown that the crystalline nature of the implemented MNPs, their small sizes and appropriate guest–host stabilizing interactions play a crucial role in the observation of improved cubic NLO-properties of these MNP structures embedded within the highly pure CF-sonogel confinement. 

Se implementaron nanopartículas metálicas (MNPs) soportadas, tipo Au/SiO₂ y Ag/SiO₂ para fabricar películas de sonogel híbridas orgánico-inorgánicas hechas de SiO₂. Las MNPs de Au/SiO₂ y Ag/SiO₂ que se prepararon muestran una baja cristalinidad tipo 2D-HCP con diámetros de partícula por debajo de los 10 nm, y una distribución homogénea de tamaños. La ruta sonogel, libre de catalizadores (CF), fue exitosamente implementada para producir estas películas de nanocompositos ópticamente activos, por medio de la contaminación del líquido en fase de sol con estos sistemas MNP y por medio de su subsecuente depósito sobre substratos de vidrio a través del procedimiento spin-coating estándar. La fácil impregnación de MNP de la red mesoporosa del sonogel dieléctrico muestra una alta afinidad química entre la matriz sonogel de dióxido de silicio y los contaminantes, las MNPs soportadas en SiO₂. Este hecho permite la fabricación de películas híbridas de alta calidad, adecuadas para caracterizaciones de óptica no lineal cúbica (NLO) mediante la técnica Z-scan. De hecho, la matriz de sonogel proporciona una estabilidad térmica y mecánica adecuada que a las MNPs activas sirve de protección en contra de las condiciones ambientales, y disminuye la tendencia a la agregación, así que conservan su morfología y sus propiedades ópticas originales, dando lugar a películas sol-gel híbridas apropiadas para aplicaciones fotónicas. Se realizaron exhaustivas caracterizaciones morfológicas, estructurales, espectroscópicas y de fotofísica no lineal a las películas híbridas. Los resultados muestran que la naturaleza cristalina de las MNPs implementadas, sus tamaños pequeños y una apropiada estabilización de las interacciones existentes entre la matriz y los contaminantes, juegan un papel crucial en la observación de mejoras en las propiedades NLO cúbicas de estas estructuras MNP inmersas en un medio sonogel CF altamente puro.

http://www.springerlink.com/content/4755537380543721/ 

ROOM-TEMPERATURE SOLID-STATE MASER

 "Room-temperature solid-state maser". M. Oxborrow, J. D. Breeze, N. M. Alford. NATURE 488, 353 (2012). DOI: 10.1038/nature11339

Translation to spanish:

Hola, mi nombre es Mark Oxborrow, y les estoy presentando un Nature Letter del que soy coautor junto a los profesores Neil M. Alford y Jonathan D. Breeze del Departamento de Materiales del Imperial College (UK).
El título del trabajo es "MASER de Estado Sólido a Temperatura Ambiente".
Ahora, el nombre MASER es un acrónimo de "Amplificación de Microondas por Emisión eStimulada de Radiación", así que éste es un dispositivo que funciona de manera similar que un LASER, salvo porque las microondas, o en otras palabras, las ondas de radio de alta frecuencia son las que se amplifican en lugar de la luz visible.
Los primeros MASERs de estado sólido fueron inventados hace sesenta o setenta años, pero el problema con estos dispositivos es que hasta el día de hoy requieren de una refrigeración crítica para funcionar.
La principal ventaja del dispostivo que hemos reportado en NATURE es que funciona a temperatura ambiente.
Una vez que hemos removido la tapa podemos mirar dentro de la cavidad del MASER. Bien, el acabado brillante del espejo es debido a un recubrimiento de plata, y ahora estamos removiendo el núcleo. Aquí está, lo que están viendo es un anillo de zafiro monocristalino, y dentro del anillo hay un cristal de p-tert-fenil contaminado con pentaceno. Es la contaminación con pentaceno la que da al cristal el color rosa.
Cuando el MASER está en operación, este cristal se ilumina con haz intenso de luz amarilla, que es el que alimenta al proceso del MASER.
Bien, si quieren conocer un poco más acerca de cómo funciona el MASER, les sugiero que lean la publicación.

http://www.nature.com/nature/journal/v488/n7411/full/nature11339.html 

NEW SPACE-AGE INSULATING MATERIAL FOR HOMES, CLOTHING AND OTHER EVERYDAY USES

Credit: NASA

http://portal.acs.org/portal/acs/corg/content?_nfpb=true&_pageLabel=PP_ARTICLEMAIN&node_id=222&content_id=CNBP_030526&use_sec=true&sec_url_var=region1&__uuid=598ccdad-4e51-4bda-bc8c-d10646ad2555 

A major improvement in the world’s lightest solid material and best solid insulating material, described here today, may put more of this space-age wonder into insulated clothing, refrigerators with thinner walls that hold more food, building insulation and other products.

The report, on development of a new flexible “aerogel” ― stuff so light it has been called “solid smoke” ― was part of the 244^th National Meeting & Exposition of the American Chemical Society, the world’s largest scientific society. More than 14,000 scientists and others are in the City of Brotherly Love for the event, which features 8,600 reports on new development in science and other topics.

Se ha mejorado de manera importante el material sólido más ligero y a la vez el mejor aislante sólido del mundo, el cual se describe aquí; éste permitiría poner más de esta maravilla de la era espacial en ropa térmica, en refrigeradores con paredes más delgadas que permitan almacenar más comida, en edificios aislados térmicamente y en otros productos.
El reporte, acerca del desarrollo de un nuevo "aerogel" flexible ― tan ligero que bien pudiera llamársele "humo sólido" ― fue parte del 244^th National Meeting & Exposition de la American Chemical Society, que es la sociedad científica más grande del mundo. Más de 14,000 científicos y no científicos se encuentran en la Ciudad de Brotherly Love para este evento, el cual tiene registrados 8,600 reportes en nuevos desarrollos de ciencia y otros temas.

http://portal.acs.org/portal/acs/corg/content?_nfpb=true&_pageLabel=PP_MULTICOLUMN_T5_33&node_id=737&use_sec=false&sec_url_var=region1&__uuid=2508ab4b-5372-497e-b41a-a4527f6e26ee

AMBIENT FABRICATION OF FLEXIBLE AND LARGE-AREA ORGANIC LIGHT-EMITTING DEVICES USING SLOT-DIE COATING

"Ambient fabrication of flexible and large-area organic light-emitting devices using slot-die coating". A. Sandström, H. F. Dam, F. C. Krebs, L. Edman. NATURE COMMUNICATIONS 3, 1002 (2012). 

DOI: 10.1038/ncomms2002

The grand vision of manufacturing large-area emissive devices with low-cost roll-to-roll coating methods, akin to how newspapers are produced, appeared with the emergence of the organic light-emitting diode about 20 years ago. Today, small organic light-emitting diode displays are commercially available in smartphones, but the promise of a continuous ambient fabrication has unfortunately not materialized yet, as organic light-emitting diodes invariably depend on the use of one or more time- and energy-consuming process steps under vacuum. Here we report an all-solution-based fabrication of an alternative emissive device, a light-emitting electrochemical cell, using a slot-die roll-coating apparatus. The fabricated flexible sheets exhibit bidirectional and uniform light emission, and feature a fault-tolerant >1-μm-thick active material that is doped in situ during operation. It is notable that the initial preparation of inks, the subsequent coating of the constituent layers and the final device operation all could be executed under ambient air.

La gran visión de manufacturar amplias áreas de dispositivos emisores mediante métodos de recubrimiento de bajo costo tipo rodillo-a-rodillo, similar a como se producen los periódicos, apareció con también aparecieron los diodos orgánicos emisores de luz, hace cerca de 20 años. Hoy, las pequeñas pantallas hechas de diodos orgánicos emisores de luz se encuentran disponibles comercialmente en los teléfonos inteligentes, pero la promesa de un ambiente de fabricación continua desafortunadamente no se ha materializado todavía, ya que la elaboración de los diodos orgánicos emisores de luz dependen invariablemente del uso de uno o de más procesos bajo vacío, los cuales consumen tiempo y energía. Aquí se reporta la fabricación de un dispositivo emisor alternativo, una celda electroquímica emisora de luz hecha completamente a base de soluciones, usando un aparato de recubrimiento tipo ranura-rodillo. Las hojas flexibles que así se fabrican muestran emisión de luz uniforme y bidireccional, y se caracterizan por una tolerancia  >1 μm en el espesor del material activo, que se contamina in situ durante la operación. Es de destacar que la preparación inicial de las tintas, el recubrimiento subsecuente de las capas que constituyen el dispositivo y la operación del dispositivo final se pueden llevar a cabo en condiciones atmosféricas normales.

http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n8/full/ncomms2002.html

REMOTELY ACTIVATED PROTEIN-PRODUCING NANOPARTICLES

"Remotely Activated Protein-Producing Nanoparticles". A. Schroeder, M. S. Goldberg, C. Kastrup, Y. Wang, S. Jiang, B. J. Joseph, C. G. Levins, S. T. Kannan, R. Langer, D. G. Anderson. NANOLETTERS 12, 2685 (2012). DOI: 10.1021/nl2036047

The development of responsive nanomaterials, nanoscale systems that actively respond to stimuli, is one general goal of nanotechnology. Here we develop nanoparticles that can be controllably triggered to synthesize proteins. The nanoparticles consist of lipid vesicles filled with the cellular machinery responsible for transcription and translation, including amino acids, ribosomes, and DNA caged with a photolabile protecting group. These particles served as nanofactories capable of producing proteins including green fluorescent protein (GFP) and enzymatically active luciferase. In vitro and in vivo, protein synthesis was spatially and temporally controllable, and could be initiated by irradiating micrometer-scale regions on the time scale of milliseconds. The ability to control protein synthesis inside nanomaterials may enable new strategies to facilitate the study of orthogonal proteins in a confined environment and for remotely activated drug delivery.

El desarrollo de nanomateriales responsivos, es decir, de sistemas nanométricos que responden a estímulos, es uno de los objetivos generales de la nanotecnología. Aquí se desarrollan nanopartículas que pueden desencadenar, de manera controlada, la síntesis de proteínas. Las nanopartículas son vesículas de lípidos rellenas con la maquinaria celular responsable de la transcripción y traslación, y con aminoácidos, ribosomas, y ADN atrapado, con un grupo protección fotoetiquetable. Estas partículas sirven de nanofábricas capaces de producir proteínas, incluída la proteína verde fluorescente (GFP) y la luciferasa enzimática activa. La síntesis de proteínas, in vitro e in vivo, fue controlada temporal y espacialmente, y se pudo iniciar por medio de la iluminación en regiones de escala micrometrica en una escala de tiempo del orden de milisegundos. La capacidad para controlar la síntesis de proteínas dentro de nanomateriales puede permitir el desarrollo de nuevas estrategias que faciliten el estudio de proteínas ortogonales en un ambiente confinado, así como la activación remota de la liberación de medicamentos.

http://www.youtube.com/watch?v=-yPatxVFiuo&feature=fvwrel

DETERMINISTIC ORDER IN SURFACE MICRO-TOPOLOGIES THROUGH SEQUENTIAL WRINKLING

"Deterministic order in surface micro-topologies through sequential wrinkling". J. Yin, J. L. Yagüe, D. Eggenspieler, K. K. Gleason, M. C. Boyce. ADVANCED MATERIALS. In press.

Translation to spanish:

Así como se contrae una pasa cuando su pulpa se seca, y su cáscara comienza a arrugarse y torcerse. Los investigadores del MIT han desarrollado un proceso que permite controlar con precisión el tamaño y la forma de las arrugas, haciendo uso, a nivel microscópico, del mismo principio y de dos capas de material polimérico. Cuando la capa inferior es estirada y después relajada uniformemente, la capa superior se arruga y se distorsiona de manera desordenada; pero si la tensión se disminuye gradualmente, primero a lo largo de un eje y después a lo largo de otro, entonces se genera un patrón tipo espiga, en forma de zigzag, que está perfectamente ordenado.

El equipo del MIT ha demostrado la capacidad de controlar el tamaño exacto, el espaciamiento periódico, y los ángulos en las dos direcciones de las arrugas.

Este método sencillo y sus patrones controlados con precisión pudieran utilizarse en una amplia variedad de estructuras útiles: sistemas de microfluidos, dispositivos fotónicos, superficies adhesivas controlables, recubrimientos antireflejantes, etc.

ORNILUX BIRD PROTECTION GLASS

 

ARNOLD GLAS has developed ORNILUX Bird Protection Glass. This multi-functional glass has a patterned UV reflective coating, which makes it visible to birds while remaining virtually transparent to the human eye. Click on the image to watch a video.

ARNOLD GLAS ha desarrollado ORNILUX, Vidrio para la Protección de las Aves. Este vidrio multifuncional tiene un recubrimiento con un grabado reflejante de luz UV, lo cual lo hace visible a las aves pero lo mantiene virtualmente transparente al ojo humano. Haz click en la imagen para ver un video.

DISCOVERY OF THE DNA "GENETIC CODE" FOR ABIOLOGICAL GOLD NANOPARTICLE MORPHOLOGIES

"Discovery of the DNA “Genetic Code” for Abiological Gold Nanoparticle Morphologies". Z. Wang, L. Tang, L. H. Tan, J. Li, Y. Lu. ANGEWANDTE CHEMIE INTERNATIONAL EDITION. In press. DOI: 10.1002/anie.201203716

Different combinations of DNA nucleotides can control the shape and surface roughness of gold nanoparticles during their synthesis. These nanoparticles were synthesized in the presence of either homogenous oligonucleotides or mixed-base oligonucleotides using gold nanoprisms as seeds. The effect of the individual DNA bases and their combinations on shape control are shown.

Distintas combinaciones de nucleótidos de ADN pueden controlar la forma y la rugosidad superficial de nanopartículas de oro durante su síntesis. Estas nanopartículas se sintetizan en presencia de oligonucleótidos homogéneos o de oligonucleótidos con bases mixtas, usando nanoprismas de oro como semillas. Se muestra el efecto de las bases individuales del ADN y de sus combinaciones en el control de la forma.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201203716/abstract

A FACILE SOLUTION-PHASE APPROACH TO TRANSPARENT AND CONDUCTING ITO NANOCRYSTAL ASSEMBLIES

 

"A Facile Solution-Phase Approach to Transparent and Conducting ITO Nanocrystal Assemblies". J. Lee, S. Lee, G. Li, M. A. Petruska, D. C. Paine, S. Sun. JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY. In press. DOI: 10.1021/ja3044807

Monodisperse 11 nm indium tin oxide (ITO) nanocrystals (NCs) were synthesized by thermal decomposition of indium acetylacetonate, In(acac)₃, and tin bis(acetylacetonate)dichloride, Sn(acac)₂Cl₂, at 270 °C in 1-octadecene with oleylamine and oleic acid as surfactants. Dispersed in hexane, these ITO NCs were spin-cast on centimeter-wide glass substrates, forming uniform ITO NC assemblies with root-mean-square roughness of 2.9 nm. The assembly thickness was controlled by ITO NC concentrations in hexane and rotation speeds of the spin coater. Via controlled thermal annealing at 300 °C for 6 h under Ar and 5% H₂, the ITO NC assemblies became conductive and transparent with the 146 nm-thick assembly showing 5.2 × 10^–3 Ω·cm (R_s = 356 Ω/sq) resistivity and 93% transparency in the visible spectral range—the best values ever reported for ITO NC assemblies prepared from solution phase processes. The stable hexane dispersion of ITO NCs was also readily spin-cast on polyimide (T_g 360 °C), and the resultant ITO assembly exhibited a comparable conductivity and transparency to the assembly on a glass substrate. The reported synthesis and assembly provide a promising solution to the fabrication of transparent and conducting ITO NCs on flexible substrates for optoelectronic applications.

Se sintetizaron nanocristales (NCs) monodispersos de óxido de indio estaño (ITO) de 11 nm, por medio de la descomposición térmica de acetilacetonato de indio, In(acac)₃, y de dicloruro de bis(acetilacetonato) de estaño, Sn(acac)₂Cl₂, a 270°C en 1-octadeceno con oleilamina y ácido oleico como tensoactivos. Al estar dispersos en hexano, estos NCs de ITO fueron depositados por spin-casting sobre sustratos de vidrio del orden de centímetros, formando arreglos uniformes de NC de ITO con una rugosidad promedio de 2.9 nm. El espesor del arreglo se controla con las concentraciones de NC de ITO en hexano y con la rapidez de rotación del spin coater. Por medio de un recocido térmico controlado, a 300°C por 6 h bajo Ar y 5% de H₂, los arreglos de NC de ITO se vuelven conductivos y transparentes, el arreglo de 146 nm de espesor muestra 5.2 × 10^–3 Ω·cm (R_s = 356 Ω/sq) de resistividad y 93% de transparencia en el intervalo espectral visible - los cuales son los mejores valores hasta ahora reportados para arreglos de NC de ITO preparados a partir de procesos que parten de fases en solución. La dispersión de NCs de ITO estable en hexano también fue fácilmente depositada por spin casting sobre poliamida (T_g 360 °C), y el arreglo de ITO resultante muestra una conductividad y transparencia comparable con el arreglo depositado sobre un sustrato de vidrio. La síntesis y el arreglo que se reportan proporcionan una solución promisoria para la fabricación de NCs de ITO transparentes y conductores depositados en sustratos flexibles para aplicaciones optoelectrónicas.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja3044807 

STRUCTURED SPHERES GENERATED BY AN IN-FIBRE FLUID INSTABILITY

 

"Structured spheres generated by an in-fibre fluid instability". J. J. Kaufman, G. Tao, S. Shabahang, E. -H. Banaei, D. S. Deng, X. Liang, S. G. Johnson, Y. Fink, A. F. Abouraddy. NATURE. In press. DOI: 10.1038/nature11215

From drug delivery to chemical and biological catalysis and cosmetics, the need for efficient fabrication pathways for particles over a wide range of sizes, from a variety of materials, and in many different structures has been well established. Here we harness the inherent scalability of fibre production and an in-fibre Plateau–Rayleigh capillary instability for the fabrication of uniformly sized, structured spherical particles spanning an exceptionally wide range of sizes: from 2 mm down to 20 nm. Thermal processing of a multimaterial fibre controllably induces the instability, resulting in a well-ordered, oriented emulsion in three dimensions. The fibre core and cladding correspond to the dispersed and continuous phases, respectively, and are both frozen in situ on cooling, after which the particles are released when needed. By arranging a variety of structures and materials in a macroscopic scaled-up model of the fibre, we produce composite, structured, spherical particles, such as core–shell particles, two-compartment ‘Janus’ particles, and multi-sectioned ‘beach ball’ particles. Moreover, producing fibres with a high density of cores allows for an unprecedented level of parallelization. In principle, 10⁸ 50-nm cores may be embedded in metres-long, 1-mm-diameter fibre, which can be induced to break up simultaneously throughout its length, into uniformly sized, structured spheres.

Desde la liberación de medicamentos hasta la catálisis química y biológica, y los cosméticos, requieren la fabricación eficiente de partículas de diversos materiales de muchos tamaños. Aquí se utiliza la escalabilidad inherente a la producción de fibras y una inestabilidad capilar tipo Plateau-Rayleigh en las fibras para la fabricación de partículas esféricas estructuradas con un tamaño uniforme que cubre un intervalo excepcionalmente amplio de tamaños: desde 2 mm hasta los 20 nm. El procesamiento térmico de una fibra multimaterial induce la inestabilidad, la cual provoca la formación tridimensional de una emulsión orientada y bien ordenada. El núcleo de la fibra y su recubrimiento corresponden a las fases dispersas y continuas, respectivamente, y ambas se congelan in situ al enfriarse, después de lo cual las partículas se liberan cuando se necesitan. Acomodando una variedad de estructuras y materiales en un modelo macroscópico a escala de la fibra, se producen partículas esféricas, compuestas y estructuradas, tales como las partículas tipo núcleo-cáscara, las partículas de dos compartimentos tipo "Janus", y las partículas multiseccionadas tipo "pelota de playa". Es más, la producción de fibras con una alta densidad de núcleos permite un nivel de paralelismo sin precedentes. En principio, 10⁸ núcleos de 50 nm pueden introducirse en una fibra de 1 mm de diámetro con varios metros de longitud, a la cual puede inducirse su ruptura simultánea, a lo largo de toda su longitud, en esferas estructuradas de tamaño uniforme.

http://www.nature.com/nature/journal/v487/n7408/full/nature11215.html

MARS SCIENCE LABORATORY - CURIOSITY

 

Some days ago the rover Curiosity landed on Mars surface, Curiosity will carry out several physico-chemical studies in order to determine possible favorable conditions for microorganisms life in Mars. The most developed science and technology in the world are involved in this amazing mission, it suffices to say that the rover Curiosity is itself a mobile advanced laboratory, which is equipped, among other stuff, with photonic devices, nanomaterials and even sol-gel materials.

The next link opens a NASA brief description of the Curiosity main features:
 https://docs.google.com/open?id=0B9CGNJJlt4OZcmZ5SzFTVElOUlE.

More information about the Mars Science Laboratory project is at the NASA website:
 http://www.nasa.gov/mission_pages/msl/index.html

Hace unos cuantos días aterrizó en el planeta Marte el robot Curiosity, para realizar diversos estudios físico-químicos, con el objetivo de determinar posibles condiciones apropiadas para la vida de microorganismos en dicho planeta. La ciencia y la tecnología de mayor vanguardia en el planeta están involucradas en esta impresionante misión, basta decir que el robot es en sí mismo un laboratorio avanzado móvil, el cual está equipado, entre otras cosas, con dispositivos fotónicos, nanomateriales y materiales sol-gel.

La siguiente liga abre una breve descripción que hace la NASA de las características principales de Curiosity:
https://docs.google.com/open?id=0B9CGNJJlt4OZcmZ5SzFTVElOUlE.

Más información acerca del proyecto Laboratorio Científico de Marte se encuentra en la página de la NASA:
http://www.nasa.gov/mission_pages/msl/index.html

BENDABLE INORGANIC THIN-FILM BATTERY FOR FULLY FLEXIBLE ELECTRONIC SYSTEMS

"Bendable Inorganic Thin-Film Battery for Fully Flexible Electronic Systems". M. Koo, K. -I. Park, S. H. Lee, M. Suh, D. Y. Jeon, J. W. Choi, K. Kang, K. J. Lee. NANOLETTERS. In press. DOI: 10.1021/nl302254v

High-performance flexible power sources have gained attention, as they enable the realization of next-generation bendable, implantable, and wearable electronic systems. Although the rechargeable lithium-ion battery (LIB) has been regarded as a strong candidate for a high-performance flexible energy source, compliant electrodes for bendable LIBs are restricted to only a few materials, and their performance has not been sufficient for them to be applied to flexible consumer electronics including rollable displays. In this paper, we present a flexible thin-film LIB developed using the universal transfer approach, which enables the realization of diverse flexible LIBs regardless of electrode chemistry. Moreover, it can form high-temperature (HT) annealed electrodes on polymer substrates for high-performance LIBs. The bendable LIB is then integrated with a flexible light-emitting diode (LED), which makes an all-in-one flexible electronic system. The outstanding battery performance is explored and well supported by finite element analysis (FEA) simulation.

Las fuentes de energía flexibles de alto desempeño han ganado atención, ya que permiten la realización de la siguiente generación de sistemas electrónicos flexibles, implantables y usables. A pesar de que las baterías recargables de iones de litio (LIB) han sido consideradas como fuertes candidatas para usarse en las fuentes de energía flexibles de alto desempeño, los electrodos disponibles para las LIBs flexibles están restringidos a tan sólo unos cuantos materiales, y su desempeño no ha sido suficientemente bueno en ellos para utilizarse en la electrónica flexible comercial, la cual incluye a las pantallas enrollables. En este trabajo se presenta una película delgada LIB flexible, desarrollada usando la estrategia de transferencia universal, la cual permite la realización de muy diversas LIBs flexibles sin importar la química de los electrodos. Es más, pueden formarse electrodos recocidos a alta temperatura (HT) en sustratos poliméricos para LIBs de alto desempeño. Las LIB flexibles se integran con un diodo emisor de luz (LED) flexible, lo cual convierte al sistema electrónico en uno completamente flexible. El desempeño sobresaliente de la batería es estudiado y sustentado mediante una simulación de análisis de elementos finitos (FEA).

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl302254v

DENDRIMER-FULLERENOL SOFT-CONDENSED NANOASSEMBLY

 

"Dendrimer–Fullerenol Soft-Condensed Nanoassembly". P. Bhattacharya, S. H. Kim, P. Chen, R. Chen, A. M. Spuches, J. M. Brown, M. H. Lamm, P. C. Ke. JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C 116, 15775 (2012). DOI: 10.1021/jp3036692

Nanoscale assembly is an area of research that has vast implications for molecular design, sensing, nanofabrication, supramolecular chemistry, catalysis, and environmental remediation. Here we show that poly(amidoamine) (PAMAM) dendrimers of both generations 1 (G1) and 4 (G4) can host 1 fullerenol per 2 dendrimer primary amines as evidenced by isothermal titration calorimetry, dynamic light scattering, and spectrofluorometry. Thermodynamically, the interactions were similarly spontaneous between both generations of dendrimers and fullerenols, however, G4 formed stronger complexes with fullerenols resulting from their higher surface charge density and more internal voids, as demonstrated by spectrofluorometry. In addition to hydrogen bonding that existed between the dendrimer primary amines and the fullerenol oxygens, hydrophobic and electrostatic interactions also contributed to complex formation and dynamics. Such a hybrid of soft and condensed nanoassembly may have implications for environmental remediation of discharged nanomaterials and entail new applications in drug delivery.

El ensamblaje en nanoescala es una área de investigación con amplias implicaciones en el diseño molecular, sensores, nanofabricación, química supramolecular, catálisis, y limpieza ambiental. Aquí se muestra que los dendrímeros de poli(amidoamina) (PAMAM), de ambas generaciones 1 (G1) y 4 (G4), pueden alojar 1 fulerenol por cada 2 dendrímeros de aminas primarias, como se evidencia por calorimetría isotérmica de titración, esparcimiento dinámico de luz, y espectrofluorometría. Termodinámicamente, las interacciones fueron espontáneas y similares entre ambas generaciones de dendrímeros y fulerenoles, sin embargo, la G4 formó complejos más fuertes con los fulerenoles, debido a su mayor densidad de carga superficial y a su mayor cantidad de huecos internos, como se demuestra por espectrofluorometría. Además de los enlaces de hidrógeno que existen entre las aminas primarias de los dendrímeros y los oxígenos de los fulerenoles, también contribuyen a la formación y a la dinámica de los complejos las interacciones electrostáticas e hidrofóbicas. Tal híbrido hecho de un nanoensamble suave y condensado puede tener implicaciones en la limpieza ambiental de nanomateriales desechados y llevar a nuevas aplicaciones en la liberación de medicamentos.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp3036692

UNIFICATION OF TRAP-LIMITED ELECTRON TRANSPORT IN SEMICONDUCTING POLYMERS

"Unification of trap-limited electron transport in semiconducting polymers". H. T. Nicolai, M. Kuik, G. A. H. Wetzelaer, B. de Boer, C. Campbell, C. Risko, J. L. Brédas, P. W. M. Blom. NATURE MATERIALS. In press. DOI: 10.1038/nmat3384

Electron transport in semiconducting polymers is usually inferior to hole transport, which is ascribed to charge trapping on isolated defect sites situated within the energy bandgap. However, a general understanding of the origin of these omnipresent charge traps, as well as their energetic position, distribution and concentration, is lacking. Here we investigate electron transport in a wide range of semiconducting polymers by current–voltage measurements of single-carrier devices. We observe for this materials class that electron transport is limited by traps that exhibit a Gaussian energy distribution in the bandgap. Remarkably, the electron-trap distribution is identical for all polymers considered: the number of traps amounts to 3 × 10²³ traps per m³ centred at an energy of ~3.6 eV below the vacuum level, with a typical distribution width of ~0.1 eV. This indicates that the electron traps have a common origin that, we suggest, is most likely related to hydrated oxygen complexes. A consequence of this finding is that the trap-limited electron current can be predicted for any polymer.

El transporte electrónico en polímeros semiconductores usualmente es inferior al transporte de huecos, lo cual suele adjudicarse al atrapamiento de carga en defectos aislados situados en un nivel dentro de la brecha de energía. Sin embargo, no existe un entendimiento general del origen de estas trampas de carga omnipresentes, así como tampoco de su posición energética, de su distribución y de su concentración. Aquí se investiga el transporte electrónico en una amplia variedad de polímeros semiconductores, por medio de mediciones tipo corriente-voltaje en dispesitivos de portadores únicos. En estos materiales se observa que el transporte electrónico está limitado por las trampas que exhiben una distribución Gaussiana de energía en la brecha de energía. Es de destacar que la distribución de las trampas electrónicas es idéntica para todos los polímeros que se consideraron: la cantidad de trampas es de 3 × 10²³ trampas por m³, centradas a una energía de ~3.6 eV por debajo del nivel de vacío, con una ancho de distribución típico de ~0.1 eV. Ésto indica que las trampas electrónicas tienen un origen común, lo cual sugiere que está relacionado principalmente con complejos de oxígeno hidratados. Una consecuencia de este resultado es que la corriente electrónica llimitada por trampas puede ser predicha para cualquier polímero.

http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat3384.html