Materiales funcionales nanoestructurados: cristales líquidos y nanopartículas metálicas

Abstract

La nanotecnología es actualmente una de las áreas más importantes dentro de la ciencia de los materiales. Por convención, se engloban dentro de la nanotecnología las estructuras que presentan un tamaño que se encuentra entre 1 y 100 nm, al menos en una de sus dimensiones. Dentro de este intervalo los efectos cuánticos cobran una gran importancia y confieren a este tipo de sistemas propiedades físico-químicas únicas diferentes tanto a las de los átomos y moléculas aisladas como a las de las estructuras macroscópicas. Estos nuevos materiales cuentan con una gran gama de aplicaciones en campos muy diversos como, la medicina, la electrónica, los biomateriales o la producción de energía.Existen dos estrategias principales en la obtención de este tipo de materiales. La primera supone partir de componentes moleculares sencillos que se ensamblan para dar lugar a estructuras más complejas (bottom-up). Dentro de esta estrategia se pueden incluir las técnicas de síntesis química molecular o los procesos de auto-ensamblaje de moléculas o nanopartículas. En la segunda posibilidad se opera a la inversa, es decir, se parte de entidades macroscópicas que siguiendo los métodos apropiados se reducen de tamaño hasta conseguir estructuras nanométricas (top-down). En esta estrategia son comunes los procesos de mecanizado y la ablación láser.Entre las especies nanoestructuradas cabe destacar las estructuras derivadas del carbono como los nanotubos o el fullereno, las nanopartículas metálicas o los materiales constituidos por moléculas sencillas que se ensamblan y se ordenan para dar lugar a estructuras nanométricas más complejas en diversas dimensiones (cristales líquidos, dendrímeros, polímeros).La memoria que aquí se expone, recoge el trabajo realizado sobre la síntesis de diversos materiales nanoestructurados, incluyendo cristales líquidos funcionales y nanopartículas metálicas, teniendo en cuenta los principios básicos de la química supramolecular y algunas de las técnicas utilizadas en la síntesis de nanomateriales. La memoria está estructurada en cuatro capítulos persiguiendo en todos ellos la idea de diseñar materiales funcionales. En los dos primeros capítulos se describe la preparación de complejos metálicos discóticos que se asocian para dar lugar a mesofases, fundamentalmente columnares, a través de diversos tipos de fuerzas intermoleculares como las de tipo Van der Waals, las electrostáticas, las interacciones ¿-¿ entre los ¿cores¿ aromáticos de las moléculas o las interacciones entre fragmentos metálicos (Pt---Pt). Estos metalomesógenos cuentan además con propiedades adicionales gracias a su diseño, tanto a nivel molecular como supramolecular. En el primer capítulo se describe la preparación y el estudio de metalomesógenos de Mn(III) basados en ligandos ¿salen¿ con propiedades catalíticas y el segundo capítulo comprende la preparación de metalomesógenos de diferentes metales (Cu, Ag, Au, Pd, Pt) basados en isocianuros derivados de trifenilenos que cuentan con propiedades luminiscentes y podrían ser útiles por su capacidad para el transporte de carga a lo largo del empaquetamiento columnar. En los dos últimos capítulos se describe el trabajo llevado a cabo en la preparación y estudio de nanopartículas de oro con diferentes propiedades. En el tercer capítulo se presenta un método sencillo para la síntesis de nanopartículas a partir de alquinilisocianuro-complejos de oro(I), con propiedades mesógenas, por descomposición térmica y se indaga en el mecanismo de formación y crecimiento de las partículas. Además se investigan sus propiedades catalíticas soportadas en nanotubos de carbono. En el cuarto capítulo se aborda la síntesis de nanopartículas de oro con propiedades mesógenas estabilizándolas con fenilisocianuros con cadenas alcoxílicas largas.