La deposición de nanopartículas se refiere al proceso de unir nanopartículas a superficies sólidas llamadas sustratos para crear recubrimientos de nanopartículas. Los recubrimientos pueden tener una monocapa o una estructura multicapa y organizada o no organizada según el método de recubrimiento utilizado. Las nanopartículas suelen ser difíciles de depositar debido a sus propiedades físicas.
Las nanopartículas se pueden fabricar a partir de diferentes materiales como metales, cerámicas y polímeros. La estabilidad de las nanopartículas puede ser un problema, ya que las nanopartículas tienden a reducir su muy alta energía superficial , que se origina en su alta relación superficie-volumen. Las nanopartículas desnudas tienden a estabilizarse ya sea mediante la sorción de moléculas del entorno o reduciendo el área de superficie mediante coagulación y aglomeración. [1] Generalmente la formación de estos agregados no es deseada. La tendencia de una nanopartícula a coagularse se puede controlar modificando la capa superficial. En un medio líquido, las moléculas de ligando adecuadas comúnmente se unen a la superficie de la nanopartícula, ya que proporcionan solubilidad en disolventes adecuados y previenen la coagulación.
Existen varios métodos de recubrimiento diferentes disponibles para depositar nanopartículas. Los métodos se diferencian por su capacidad para controlar la densidad de empaquetamiento de partículas y el espesor de la capa, la capacidad de utilizar diferentes partículas y la complejidad del método y la instrumentación necesaria.
En el método Langmuir-Blodgett , las nanopartículas se inyectan en la interfase aire-agua en un canal Langmuir-Blodgett especial . Las partículas flotantes se comprimen más cerca unas de otras con barreras motorizadas que permiten controlar la densidad de empaquetamiento de las partículas. Después de comprimir las partículas hasta la densidad de empaquetamiento deseada, se transfieren sobre un sustrato sólido mediante inmersión vertical (Langmuir-Blodgett) u horizontal (Langmuir-Schaefer) para crear un recubrimiento monocapa. Se pueden realizar recubrimientos multicapa controlados repitiendo el procedimiento de inmersión varias veces. [2]
Los beneficios del método Langmuir-Blodgett incluyen un control firme sobre la densidad de empaquetamiento y el espesor de capa logrado que ha demostrado ser mejor que con otros métodos, [3] la capacidad de utilizar diferentes formas y materiales de sustratos y partículas y la Posibilidad de caracterizar la capa de partículas durante la deposición, por ejemplo, con un microscopio de ángulo Brewster . Como desventaja, una deposición Langmuir-Blodgett exitosa requiere la optimización de múltiples parámetros de medición, como la velocidad de inmersión, la temperatura y la densidad del empaque de inmersión.
Los métodos de recubrimiento por centrifugación e inmersión son métodos simples para la deposición de nanopartículas. [4] Son herramientas útiles especialmente en la creación de capas y películas autoensambladas donde la densidad del embalaje no es crítica. Se pueden utilizar velocidades de extracción de muestras precisas y sin vibraciones para controlar el espesor de la película. La creación de monocapas de alta densidad suele ser muy difícil ya que los métodos carecen de control de la densidad del empaquetamiento. Además, el volumen de suspensión de nanopartículas necesario tanto para el recubrimiento por rotación como para el recubrimiento por inmersión es bastante grande, lo que puede ser un problema cuando se utilizan materiales de nanopartículas costosos.
Otros posibles métodos de deposición incluyen métodos que utilizan el autoensamblaje de partículas mediante evaporación de disolvente, rasqueta, deposición química de vapor e impresión por transferencia. Algunos de estos métodos, como la evaporación de disolventes, son extremadamente simples pero producen películas de baja calidad. Otros métodos, como la deposición química de vapor, son eficaces para ciertos tipos de partículas y sustratos, pero están limitados en los tipos de partículas que pueden usarse y requieren mayores inversiones en instrumentación. También se han utilizado métodos híbridos, como la combinación del autoensamblaje con Langmuir-Blodgett. [5]
Los revestimientos y películas delgadas fabricados a partir de nanopartículas se utilizan en diversas aplicaciones, incluidas pantallas, sensores, dispositivos médicos, almacenamiento y recolección de energía. Ejemplos incluyen