Nucleación cristalina no-clásica

L. Fornaro

Departamento de Desarrollo Tecnológico, Cemtro Universitario Regional del Este, Rocha, URUGUAY

Las teorías sobre nucleación comenzaron con Gibbs, y siguieron con la Teoría Clásica de Nucleación (CNT) (Kashchiev, Stranski, Krastanov, Volmer, Weber). Luego de la CNT se desarrolló la teoría del crecimiento de cristales posterior a la nucleación (Burton, Cabrera, Frank (BCF)). Ambas teorías dominaron el tema por casi todo el siglo XX.

En las últimas décadas, múltiples resultados experimentales cuestionan estas teorías.

En la nucleación en sistemas líquido-cristal se observa la agregación de partículas primarias metaestables, o grupos pre-núcleos, de 2-3 nm, que pasan a núcleos cristalinos o a entidades amorfas que después dan un núcleo cristalino, resultando varios caminos posibles al estado cristalino. La CNT predice en cambio el agrupamiento de entidades libres. En la nucleación en sistemas vapor-cristal también se observan fases metaestables, creciendo los núcleos por agregado de nanopartículas con el mecanismo “teoría de nanopartículas cargadas”. En ambos casos se han observado -cuando fue posible- grupos pre-nucleación en la fase fluido (líquido o vapor).

Los resultados experimentales implican la existencia de una fase metaestable intermedia, no cristalina, diferente que la del cristal, como deberían ser según la CNT. Aún no existe una teoría válida sobre las etapas previas a la nucleación, menos aún en todo tipo de fases.

Una vez formadas, las nanopartículas no crecen añadiendo nuevos iones, átomos o moléculas, ni formando partículas mayores por coalescencia, como predice la teoría BCF sino que interactúan por “oriented attachment”, adición de partes amorfas, etc. dando estructuras cristalinas estables alineadas.

En la conferencia se sintetizará el conocimiento actual sobre nucleación no-clásica, mostrando los resultados obtenidos en nuestro grupo sobre sustratos amorfos y cristalinos. También se resumirán las consecuencias que estos conocimientos tienen en campos como la cristalización en ambientes sintéticos, biogénicos y geológicos, y en la obtención de heteroestructas 2D con monocapas de variados compuestos.