Investigadores del Instituto IMDEA Materiales han desarrollado un método pionero para ensamblar nanohilos de silicio en redes ordenadas y macroscópicas: un paso clave para ampliar su aplicación en la industria.

Los nanohilos de silicio ofrecen una capacidad excepcional de almacenamiento de energía, conductividad eléctrica y resistencia mecánica, lo que los convierte en materiales ideales para baterías de nueva generación, dispositivos electrónicos y materiales funcionales avanzados.

Sin embargo, los nanohilos de silicio individuales tienen solo entre 10 y 50 nanómetros de diámetro, aproximadamente 1000 veces más finos que un cabello humano. Por ello, muchas de sus aplicaciones actuales y potenciales más prometedoras requieren la capacidad de procesarlos y ensamblarlos en manojos más grandes.

Escalar este proceso de ensamblaje a nivel industrial ha resultado difícil, ya que requiere un control preciso sobre la alineación y la densidad de los nanohilos agrupados, aspectos cruciales para su rendimiento en aplicaciones como baterías y sensores.

«Los nanomateriales unidimensionales suelen salir del reactor como polvos agregados de manera aleatoria», explica el investigador Dr. David Tilve. «En este estado desordenado, sus propiedades y aplicaciones potenciales se ven severamente limitadas. Un desafío clave es autoensamblar estos nanohilos en materiales nanostructurados ordenados para liberar todo su potencial».

«Mediante el procesado exitoso de estos nanohilos en agrupaciones altamente alineados, podemos aumentar significativamente la superficie de contacto entre los nanohilos individuales, una característica que no se observa en redes orientadas aleatoriamente».

«Este nivel de orden estructural no es sencillo de lograr y representa un avance notable en las técnicas de ensamblaje de nanohilos», añade.

El innovador método se describe en la reciente publicación Ordered silicon nanowire bundle networks from aqueous dispersions, realizada por los investigadores de IMDEA Materiales Dr. Tilve, Felipe Lozano Steinmetz, la Dra. Isabel Gómez Palos y el Dr. Juan José Vilatela.

Descubrieron que suspender los nanohilos en agua – un proceso conocido como suspensión acuosa – y después filtrar lentamente el líquido mediante filtración al vacío, provocaba que los hilos se alinearan en manojos compactos que posteriormente se enlazaban formando redes similares a láminas de papel.

«El hallazgo de alineación espontánea en solución, en particular, dará lugar a avances en dispositivos de cristal líquido, fibras fotónicas y textiles seminconductores, entre otras posibilidades,» afirma Dr. Tilve.

Concretamente, cada agrupación analizada por los investigadores estaba formado por unos 15 nanohilos autoensamblados, con una separación entre ellos de tan solo 0,4 nm, apenas un poco mayor que el ancho de un átomo.

Este proceso de unión estrecha dio lugar a láminas macroscópicas con arreglos ordenados y densidad controlada, que resultaron ser altamente robustas. Esto abre la puerta a baterías más eficientes, dispositivos electrónicos más rápidos y materiales avanzados con nuevas propiedades ópticas o mecánicas.

Esta investigación resulta especialmente relevante dado los recientes avances en la producción a gran escala de nanohilos de silicio.

Este trabajo forma parte del proyecto de IMDEA Materiales para tender puentes entre las escalas nano y macro mediante la fabricación de materiales en red, similares al papel, elaborados con nanohilos, y el estudio de sus propiedades, ópticas entre otras, así como su uso como electrodos para el almacenamiento de energía.