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TÉCNICAS DE AUTOENSAMBLADO 
EN NANOCIENCIA 
 
 
Trabajo de Fin de Grado 
Curso 2020 - 2021 
Grado en Física 
 
 
Autor: Luis Faustino Pérez Sánchez 
Tutor: Carlos Quirós Fernández 
 
 
 
1 
 
Índice: 
 
1 Introducción ………………………………………………………………………..2 
2 Técnicas top-down y bottom-up …………………………………………………3 
3 Interacciones a escala nanométrica …………………………………………….8 
4 Técnicas de preparación de sistemas autoensamblados ....……………….15 
4.1 Bombardeo iónico …...……………………………………………......16 
4.2 Métodos químicos ……………………………………………………..23 
4.3 Métodos electroquímicos ....…………………………………………..28 
4.4 Autoensamblado en superficies ……………………………………..35 
4.5 Autoensamblado dirigido por tensiones ..………………………..….44 
5 Conclusiones …………………………...……………………………………….49 
6 Bibliografía y Referencias ...……………………………………………………50 
2 
 
1 - Introducción 
 
En las últimas décadas, se han realizado numerosos avances en el campo de la 
nanociencia y la nanotecnología, posibilitando la fabricación de materiales que poseen 
propiedades muy interesantes con las que trabajar. Los nanomateriales pueden 
incorporarse en el diseño de dispositivos y herramientas para hacerlos más eficientes y 
otorgarles propiedades y funciones nuevas. 
En su famosa charla de 1960, Richard Feynman desarrolla de forma 
esquemática técnicas de fabricación de nanomateriales empleando los dispositivos que 
existían en ese momento, décadas antes del nacimiento de la nanotecnología. Comenta 
cómo se podrían escribir los 24 tomos de la enciclopedia británica en la superficie de la 
cabeza de un alfiler, empleando radiación de electrones y fotones de forma similar a las 
técnicas de litografía que veremos más adelante.1 
El foco principal de este trabajo es la revisión de los procesos de 
autoensamblado y de las técnicas de preparación mediante las que fabricar 
nanoestrucutras autoensambladas. Como veremos en el siguiente capítulo, el 
autoensamblado consiste en el ordenamiento espontáneo de átomos o moléculas 
siguiendo un patrón específico marcado por las condiciones del sistema, pudiendo 
controlar la estructura resultante modulando ciertos parámetros de forma concreta. Este 
tipo de procesos permiten la fabricación masiva de nanomateriales y nanoestructuras, 
como cadenas monoatómicas, superficies con patrones específicos o nanopartículas de 
distintos tamaños y composiciones, con aplicaciones importantes en muchos campos 
diferentes, como electrónica, óptica, biomedicina, etc.2 
A lo largo de este trabajo, comentaremos los distintos métodos de producción de 
estructuras nanométricas autoorganizadas, estudiaremos las diferentes fuerzas e 
interacciones que conducen al autoensamblado de átomos y moléculas, y 
profundizaremos en las técnicas de preparación empleadas para la producción de 
sistemas autoensamblados, centrándonos en técnicas concretas y variadas con 
aplicaciones relevantes en nanociencia. 
 
 
 
 
3 
 
2 – Técnicas top-down y bottom-up 
 
Para poder hablar de las técnicas de autoensamblado, es importante comentar 
y diferenciar las dos categorías generales que engloban las estrategias empleadas en 
nanociencia para producir las estructuras nanométricas deseadas: los métodos top-
down y bottom-up. Los métodos top-down, de forma resumida, se basan en fabricar las 
estructuras con la forma y características deseadas empleando herramientas externas 
al sistema, partiendo de un sistema de mayor escala y reduciendo la escala del mismo 
hasta que sea lo más pequeño posible, manteniendo las características del original. Por 
otra parte, los métodos bottom-up se basan en las interacciones propias del sistema 
existentes entre sus componentes internas e interacciones con elementos externos al 
mismo, como puede ser un campo eléctrico, para generar estructuras nanométricas 
ordenadas cuando el sistema llegue al mínimo energético. En estos últimos, los métodos 
bottom-up, está centrado este trabajo, ya que el proceso mediante el cual los átomos y 
moléculas pasan a formar estructuras ordenadas de manera espontánea se denomina 
autoensamblado.2 
A continuación, vamos a profundizar un poco en ambas categorías para ver 
algunas de las principales estrategias empleadas en nanociencia, así como las ventajas 
y desventajas de cada una. Este capítulo está principalmente basado en el artículo de 
revisión de Biswas et al.3 
 
Top-down: 
Los principales métodos se basan en la aplicación de técnicas de litografía, es 
decir, en técnicas de grabado en las superficies de los materiales que alteran su 
estructura para que adquieran unas características y propiedades determinadas. Para 
realizar estas técnicas a veces es necesario emplear un material protector, denominado 
máscara, que sea muy resistente al mecanismo de grabado, evitando así que zonas 
determinadas del material se vean afectadas. Estos grabados pueden ser químicos, en 
los que se emplean ácidos, u otros métodos, para erosionar la parte que no está 
protegida, o mecánicos, en los que la erosión del material expuesto se realiza 
empleando bombardeo de partículas como fotones, iones o electrones. A continuación, 
vamos a ver algunos ejemplos de técnicas de litografía empleadas en la producción de 
nanoestructuras. 
4 
 
Litografía óptica: 
 También llamada fotolitografía, se basa en el bombardeo de fotones colimados 
a través de una máscara de cuarzo que inciden sobre una superficie recubierta de un 
material, al que llamaremos fotorresina. Esta fotorresina es sensible a la luz y su 
respuesta al estímulo puede ser positiva o negativa. Si es de respuesta positiva, las 
zonas de la fotorresistencia que han recibido la radiación ven alterada su estructura de 
enlaces y se eliminan tras un proceso de revelado, dejando así un patrón de sustrato 
expuesto y sin material que lo cubra. Si la respuesta es negativa, se eliminan las partes 
de la fotorresina que no se han visto afectadas por el bombardeo de fotones, dejando 
así sobre la superficie el patrón deseado de material fotorresistente. 
 Tras el bombardeo, las fotorresinas que aún cubren la superficie evitan que el 
material sobre el que se encuentran sea erosionado y/o que se deposite material nuevo 
sobre esas zonas, por lo que podremos generar una gran variedad de patrones 
depositando material sobre las zonas que no estén cubiertas, erosionando dichas zonas 
o incluso erosionando las zonas desprotegidas y sustituyendo el material eliminado por 
otro que proporcione las propiedades deseadas al objeto resultante. 
 EL principal parámetro de estas técnicas es la apertura numérica de la lente, que 
relaciona el índice de refracción del material que atraviesa la luz y el ángulo máximo de 
luz recolectada en el plano focal de la lente. Gracias a este parámetro, podemos conocer 
cuál es la dimensión mínima de los patrones que se crean en función de la longitud de 
onda de los fotones que estamos bombardeando. 
 
Litografía por haz de electrones: 
 Es un tipo muy común de método de fabricación top-down por ser muy preciso y 
no necesitar máscara para realizarse. Al igual que la fotolitografía, el haz de electrones 
bombardeados dibujan un patrón en la resina ubicada encima de la superficie de un 
material, que funciona como sustrato. Después, se lleva a cabo un proceso de revelado 
para eliminar la resina y, por tanto, el patrón dibujado en esta pasa a la superficie del 
sustrato. Posteriormente, se podría depositar una lámina del material de interés, que 
crecería directamente sobre el sustrato en las zonas erosionadas y sobre la resina 
restante en las zonas protegidas. Finalmente, en el proceso conocido como lift-off, se 
utilizaría un disolvente, típicamente acetona, para eliminar las zonas con resina que no 
afectaría al material directamente depositado sobre el sustrato. 
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 Este es un método mucho más preciso que la fotolitografía, ya que no se ve 
afectada por el límite de la difracción de la luz y permite grabar patronesde dimensiones 
de nanómetros. Sin embargo, a pesar de su gran precisión y su mínima generación de 
defectos, es un tipo litografía muy lento y poco eficiente. Esto se debe a que el 
bombardeo de electrones es secuencial, por lo que los tiempos necesarios para 
completar un patrón complejo sean largos, incluso de horas, haciendo que el tamaño de 
las estructuras y patrones generados sea también bastante reducido. 
 Empleando máscaras y lentes, se ha conseguido mejorar este método para 
poder grabar un patrón a gran escala sobre una superficie recubierta de material 
sensible a electrones. Esta variación se denomina litografía de proyección de electrones, 
pero no vamos a profundizar en ella. 
 
Litografía suave: 
 Es muy diferente a las litografías de bombardeo de partículas, ya que consiste 
en transferir un patrón molecular previamente diseñado a una superficie. Este tipo de 
técnicas son muy ventajosas ya que, una vez generado el patrón que servirá de molde, 
se pueden repetir indefinidamente con un coste muy reducido y sin necesitar 
condiciones de pureza extrema en el aire para evitar defectos. Sin embargo, el patrón 
molecular es muy específico y es muy difícil de modificar, por lo que si necesitásemos 
variar el molde necesitaríamos construir uno nuevo. 
 Aunque hay varios tipos de técnicas de litografía suave, las más empleadas son 
las técnicas de microestampado. Consisten en colocar el molde del patrón molecular en 
una superficie, denominada superficie de estampado, y transmitiendo el patrón a otra 
superficie secuencialmente, generando así un patrón de grandes dimensiones mediante 
un único procedimiento. El microestampado es utilizado principalmente para fabricar 
nanoestructuras magnéticas del orden de unos 100 nm. 
 
Litografía de nanoimpresión: 
 La litografía de nanoimpresión es uno de los métodos de fabricación top-down 
más potentes, ya que consigue generar patrones de muy alta resolución de forma muy 
eficiente. Esto se debe a que no tiene las limitaciones de las técnicas de bombardeo de 
partículas y permite una eficiencia bastante superior a la alcanzada por las técnicas de 
litografía suave. 
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 El proceso de nanoimpresión comienza con el cubrimiento de la superficie con 
un material líquido que tenga ciertas propiedades a modo de resina. A continuación, se 
presiona el sistema con otra superficie en la que hemos diseñado un patrón, provocando 
que la resina adopte dicho patrón sobre la superficie. Por último, se activan de forma 
externa propiedades de la resina que le otorgan rigidez y se retira la plantilla, obteniendo 
así una superficie con un patrón concreto. Según el tipo de resina que escojamos, 
estamos hablando de nanoimpresión termoplástica, fotónica o electroquímica. 
En la nanoimpresión termoplástica la resina es un polímero termoplástico, que al 
aplicarle calor y llegar al punto de transición cristalina se vuelve rígido y adopta la forma 
de la plantilla que está presionando. En la nanoimpresión fotónica se emplean resinas 
que reaccionan a los rayos ultravioleta solidificándose, y las plantillas usadas son 
ópticamente transparentes para que la radiación solidifique la resina. Por otra parte, en 
la nanoimpresión electroquímica no se emplea ningún tipo de resina, sino que se graba 
el patrón de la plantilla directamente en el sustrato. Esto se consigue construyendo la 
plantilla con un conductor superiónico que, al aplicar un voltaje elevado, sea capaz de 
erosionar el sustrato y grabar el patrón en la superficie del mismo. Estas técnicas han 
avanzado mucho en los últimos años y se emplean principalmente para fabricar 
instrumentos y componentes ópticos a escala nanométrica. 
 
Bottom-up: 
 Existe una gran variedad de métodos de producción bottom-up que dan lugar a 
muy distintas configuraciones y sistemas, por lo que estos métodos nos proveen de un 
gran número de nanomateriales y nanodispositivos con los que poder trabajar. Cada 
técnica, entre otras cosas, viene caracterizada por la o las interacciones que median y 
producen el autoensamblado del sistema, de las cuales hablaremos en mayor 
profundidad en el capítulo 3, como pueden ser las fuerzas de Van der Waals, interacción 
electromagnética o ciertos efectos producidos por la entropía del sistema. 
 En las técnicas de autoensamblado pueden emplearse plantillas para guiar la 
colocación de las sustancias y así obtener una estructura concreta. Estas plantillas 
pueden ser superficies con unas ciertas características que favorecen la deposición de 
los materiales en lugares específicos, en los que la energía del sistema se vuelve 
mínima. Las características de las estructuras producidas en este tipo de plantilla 
dependen de numerosos factores, como la composición de la misma, las sustancias que 
se van a depositar, la velocidad de deposición, la existencia de patrones grabados en la 
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superficie, etc. Los patrones de estas plantillas se pueden grabar empleando técnicas 
de litografía top-down, de forma que tenemos mucha libertad a la hora de elegir las 
propiedades de una plantilla para tratar de obtener una estructura autoensamblada 
concreta.2 
 También hay métodos bottom-up en los que el autoensamblado se produce en 
disoluciones. Estos sistemas permiten un gran control de la organización de las especies 
disueltas, siendo los parámetros más influyentes la composición del disolvente y del 
soluto y la concentración del soluto en la disolución. En estas disoluciones también 
pueden introducirse ciertas especies que dirijan el autoensamblado funcionando como 
plantillas, ya sea porque los componentes se organicen siguiendo la superficie de estas 
especies o porque, al interactuar con estas, les marquen posiciones concretas en la 
disolución energéticamente favorables.2 
 Existen además multitud de parámetros externos que influyen en el proceso de 
autoensamblado. Entre ellos se encuentran la temperatura, campos electromagnéticos 
externos o radicación aplicada para excitar o activar propiedades de algunos 
componentes del sistema. Modificando estos parámetros con cuidado se puede modular 
el proceso de autoensamblado, de forma que este sea reversible o podamos escoger la 
periodicidad de la estructura resultante. 
 En este trabajo, vamos a estudiar de forma general ciertos tipos de técnicas de 
autoensamblado, y dentro de cada tipo veremos varias técnicas que se han empleado 
para la fabricación de estructuras concretas, con los parámetros del sistema construido 
y los estímulos externos empleados para su realización. 
 Las técnicas y métodos de fabricación bottom-up son muy ventajosas frente a 
las técnicas top-down debido a que son, en general, más rápidas, eficientes y baratas. 
Sin embargo, este tipo de técnicas conllevan la inevitable formación de defectos en las 
estructuras periódicas generadas, problema que en las técnicas litográficas se puede 
evitar. Además, las técnicas de autoensamblado son relativamente nuevas y aún hay 
mucho que estudiar y comprender sobre ellas, principalmente los efectos individuales 
de cada interacción que influye en la realización de una técnica concreta.2 
 
 
 
8 
 
3 – Interacciones a escala nanométrica 
 
Antes de profundizar en las técnicas de autoensamblado, es importante conocer 
y comprender las fuerzas e interacciones involucradas en dichos procesos, así como las 
posibles estructuras resultantes de su aplicación. Este capítulo está basado en el 
artículo de revisión de Bishop et al.4 
Para caracterizar estas interacciones, debemos conocer su magnitud, que es la 
intensidad de la interacción, su longitud de escala, que es el rango de distancias en las 
que los efectos de la interacción son relevantes, así como saber si son fuerzas atractivas 
o repulsivas. En concreto, la longitud de escala es muy determinante a la hora de 
producir estructuras autoensambladas ordenadas, siendo las interacciones más 
eficientes aquellas con un granrango de acción con respecto al tamaño de la muestra. 
Las interacciones de rango “corto”, por otro lado, necesitarán una magnitud de 
interacción entre componentes muy elevada para poder superar a los efectos entrópicos 
que se oponen al ordenamiento. 
Otro factor muy importante a tener en cuenta, propio del autoensamblado en 
disoluciones, es la concentración de la disolución, ya que en sistemas muy diluidos los 
efectos de las interacciones entre partículas que se opongan al autoensamblado se ven 
disminuidas por el reducido número de partículas que pueden interaccionar. Podemos 
decir, por tanto, que la magnitud de interacción entre partículas necesaria para producir 
estructuras autoensambladas en un sistema es inversamente proporcional a la 
concentración de partículas de dicho sistema o disolución. 
Para tratar de predecir las estructuras autoensambladas resultantes de la acción 
de uno o varios potenciales de interacción en un sistema concreto, se desarrollan 
modelos y aproximaciones en los que se desprecian ciertos términos de dichos 
potenciales, limitando las interacciones entre partículas a las más significativas o 
simplificando la geometría del sistema. La estructura resultante se determina 
considerando que el estado final es el correspondiente al mínimo de un potencial 
termodinámico determinado, como pueden ser las energías libres de Gibbs o Helmholtz. 
Sin embargo, salvo por muy escasas excepciones, los modelos no son capaces de 
predecir correctamente el autoensamblado de un sistema determinado debido, entre 
otras cosas, a que los modelos que consideran varios potenciales de interacción son 
poco precisos y a que la capacidad de los ordenadores no es suficiente como para 
simular las interacciones entre un gran número de componentes. Dicho esto, vamos a 
9 
 
comentar los principales tipos de interacciones a escala nanométrica que pueden dar 
lugar a estructuras autoensambladas. 
 
Fuerza de Van der Waals 
La primera de todas es la fuerza de Van der Waals, la cual se debe al constante 
movimiento de las cargas positivas y negativas dentro de los átomos y de las moléculas, 
resultando generalmente en una fuerza atractiva bastante intensa. Debido a su 
intensidad, estas fuerzas no son favorables para el proceso de autoensamblado si no 
se controlan y aplican de la forma adecuada. 
Para describir su acción y la manera de aplicar dichas fuerzas, existen varios 
modelos y aproximaciones. Uno de ellos es la aproximación integral de Hamaker, que 
estima bastante bien la magnitud y el rango de estas interacciones. Sin embargo, ignora 
los efectos de los átomos externos y considera que la interacción es instantánea, por lo 
que no es una buena aproximación de la acción de estas fuerzas. 
Un mejor modelo sería la teoría de Dzyaloshinskii–Lifshitz–Pitaevskii o DLP, que 
se basa en una aproximación continua de las fuerzas de Van der Waals teniendo en 
cuenta también los efectos de los cuerpos ajenos a la interacción que la aproximación 
de Hamaker ignoraba. 
Sin embargo, para el estudio del autoensamblado son más interesantes los 
modelos discretos, como es el método de dipolos emparejados. Este consiste en una 
aproximación discreta de las fuerzas de Van der Waals, aplicando también una 
corrección por la interacción de muchos cuerpos al igual que el modelo DLP. Se basa 
en considerar el material como un conjunto de dipolos eléctricos puntuales en posiciones 
fijas. 
Las fuerzas de Van der Waals son responsables del autoensamblado de 
nanopartículas esféricas dispersas en estructuras bidimensionales, como redes 
hexagonales, y tridimensionales, como cristales compactos hcp y fcc. En general, el 
ordenamiento de las nanopartículas en estas estructuras se consigue variando la 
concentración de la disolución con la que estemos trabajando. Sin embargo, es bastante 
complicado determinar cuál es la función de las fuerzas de Van der Waals en estos 
procesos. 
 
 
10 
 
Fuerzas electroestáticas 
La siguiente interacción a tratar es la debida a las fuerzas electroestáticas, las 
cuales se generan por la acción del potencial electroestático del sistema. Estas fuerzas 
pueden ser tanto repulsivas como atractivas, según si la carga de los cuerpos tiene 
mismo signo o distinto signo, y, en el caso en que la densidad de carga superficial sea 
asimétrica, pueden ser direccionales. Además, la magnitud y el rango de estas 
interacciones puede controlarse escogiendo correctamente el disolvente y la 
concentración de la disolución, lo cual puede resultar útil a la hora de producir 
estructuras autoensambladas. 
El modelo más común para tratar esta interacción es la teoría de Poisson-
Boltzmann del campo medio, en el cual se consideran los iones como puntuales y se 
desprecian los efectos de correlación entre los mismos. Esto resulta en un potencial 
electroestático caracterizado únicamente por la longitud de escala al cuadrado, la cual 
decae exponencialmente al alejarse de los cuerpos cargados de la disolución. Estos 
cuerpos poseen una carga de superficie debida a la absorción y emisión de iones de la 
disolución y, al alcanzar el equilibrio en el sistema, la carga superficial del cuerpo 
alcanza un valor de equilibrio, que es mantenido por esta emisión y absorción de iones. 
Más allá de la teoría de Poisson-Boltzmann existen varios efectos que no han sido 
considerados en el modelo, como los fenómenos de inversión de carga o de atracción 
entre cuerpos con una carga de mismo signo, pero no vamos a entrar en ellos. 
Empleando interacciones electroestáticas atractivas, podemos inducir el 
autoensamblado de estructuras a partir de nanopartículas. Por ejemplo, para partículas 
esféricas, se han observado formaciones de cristales con la estructura del diamante al 
formar un sistema de baja concentración de partículas altamente cargadas. Por otro 
lado, partículas no esféricas, como los nanotubos, son un buen ejemplo de interacciones 
con orientaciones favorecidas, ya que, en función de la diferencia de carga y tamaño 
entre un nanotubo y una nanopartícula esférica que interactúe con el mismo, la partícula 
se acoplará a uno de los extremos o a uno de los lados. 
Lamentablemente, al igual que con las fuerzas de Van der Waals, es complicado 
concretar la función de estas interacciones en el proceso de autoensamblado debido a 
todos los demás efectos que intervienen en la formación de nanoestructuras. 
 
 
 
11 
 
Fuerzas magnéticas 
Vamos ahora con las interacciones debidas a las fuerzas magnéticas. El 
autoensamblado de nanopartículas magnéticas regido por este tipo de interacciones se 
basa en que estas partículas tienden a alinear su momento magnético con la dirección 
del campo magnético al que están sometidas, ya sea un campo magnético producido 
por otras partículas cercanas o un campo aplicado para buscar un ordenamiento 
concreto. Los ensamblados de nanopartículas magnéticas son especialmente 
importantes hoy día, ya que tienen multitud de aplicaciones en medicina, biología y en 
dispositivos de almacenamiento de información. 
Las nanopartículas, en función de ciertos parámetros, pueden encontrarse en el 
régimen ferromagnético, en el que el momento magnético de las partículas se mantiene 
constante, o en el régimen superparamagnético, en el que el momento magnético de las 
partículas varía constantemente de forma que su valor es nulo en promedio y sólo 
muestran momento magnético bajo la acción un campo externo. Un material puede 
pasar, por ejemplo, del régimen ferromagnético al superparamagnético aumentando su 
temperatura por encima de una temperatura límite, la cual depende principalmente del 
tamaño de las partículas. Por lo tanto, para controlar correctamente el autoensamblado 
de partículas magnéticas, es importante conocer esta temperatura límite para trabajar 
en un régimen u otro según se desee. 
La principal contribución de la interacción magnética al autoensambladoes la 
interacción entre dipolos, la cual es direccional y puede ser tanto atractiva como 
repulsiva. Su magnitud está definida por la máxima energía magnética al contacto y, 
aunque no tienen una longitud de escala definida, su intensidad decae rápidamente a 
largas distancias. 
Debido a la direccionalidad de la interacción, las estructuras autoensambladas 
por interacciones magnéticas son más complejas que las formadas por las interacciones 
atractivas vistas hasta ahora, formando cadenas o anillos que se juntan para crear redes 
de tipo gel. Además, aplicando un campo magnético externo podemos aumentar la 
intensidad de la interacción para formar redes tetragonales centradas en el cuerpo (tbc) 
o inducir el autoensamblado de partículas con un momento dipolar reducido, quedando 
este alineado con el campo magnético. Estos comportamientos son observados cuando 
la concentración de nanopartículas es ciertamente reducida, ya que cuando estamos en 
sistemas más concentrados la interacción dominante son los efectos entrópicos, de los 
cuales hablaremos más adelante. Además, cuando tomamos partículas de tamaño 
reducido, las Fuerzas de Van der Waals dominan sobre la interacción magnética, por lo 
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que la escala del sistema con el que estamos trabajando es determinante en estos 
procesos. 
 
Fuerzas entre superficies moleculares 
Un tipo de interacción con muchos efectos en el autoensamblado son las fuerzas 
entre superficies moleculares. Estas son las responsables de la formación de cristales 
y moléculas complejas o, dicho de otra manera, son las fuerzas existentes en los 
enlaces que forman moléculas, cristales y otras estructuras. Aunque individualmente 
sean relativamente débiles, la fuerza total de estas interacciones es directamente 
proporcional al número total de enlaces existentes en la estructura. El rango de estas 
interacciones depende de las moléculas con las que se esté trabajando, pero siempre 
es del orden del tamaño molecular. 
Estas interacciones pueden usarse para producir estructuras autoensambladas 
acoplando moléculas a la superficie de los nanocomponentes, de las cuales sabemos 
cómo interaccionan entre ellas. Esto dará lugar a una gran variedad de estructuras que 
dependerán de la interacción entre estas moléculas. A continuación, vamos a comentar 
tres de estas interacciones que son útiles para los procesos de autoensamblado. 
Una de ellas es la interacción entre dipolos moleculares, presente entre 
moléculas que tienen un momento dipolar eléctrico permanente. De forma natural, estas 
interacciones no son lo suficientemente fuertes para inducir un ordenamiento, incluso 
en medios poco dieléctricos. Sin embargo, si acoplamos estas moléculas en la superficie 
de varias partículas, las interacciones entre las moléculas sí serán lo suficientemente 
intensas como para conseguir que las partículas se ordenen en estructuras concretas. 
En concreto, se ha comprobado que estas interacciones pueden emplearse para 
producir largos cristales tridimensionales de estructura hcp. 
Otra interacción es la existente en la formación de los enlaces o puentes de 
hidrógeno, en los que un protón sirve como unión entre dos átomos con carga 
parcialmente negativa, cuya magnitud depende mucho de las condiciones de la 
disolución y que, en general, solo se producen cuando tenemos un disolvente polar 
prótico, que contienen un enlace del tipo O-H o N-H2, como son el alcohol o el agua. 
Estas interacciones pueden emplearse para el autoensamblado de nanopartículas, 
nanotubos y, en concreto, son útiles para generar nanopartículas metálicas 
funcionalizadas. Además, si aumentamos el pH de la disolución, podemos modificar la 
13 
 
forma en que estas nanoestructuras se ordenan, llegando incluso a romper los enlaces 
por completo y deshacer la estructura. 
La tercera interacción molecular que vamos a tratar es un tipo específico de 
enlace de hidrógeno que se produce entre las bases complementarias de la cadena de 
ADN, de forma que la adenina sólo se enlaza con timina y la citosina sólo se enlaza con 
guanina. Esto es muy útil a la hora de producir estructuras autoensambladas ya que, 
acoplando a la superficie de varios objetos nanométricos cadenas simples de ADN, 
podemos controlar el ordenamiento de estos objetos eligiendo correctamente las bases 
de las cadenas, pudiendo crear así multitud de estructuras diferentes. Además, 
aumentando la temperatura por encima de una cierta temperatura límite que depende 
del sistema, podemos desactivar las interacciones, lo que nos da una herramienta más 
para generar diferentes estructuras autoordenadas. Mediante este tipo de interacciones, 
se han podido producir circuitos nanométricos a partir de metales y polímeros 
conductores, conjuntos ordenados de nanotubos y cadenas, anillos y espirales de 
nanopartículas. 
 
Efectos entrópicos 
Por último, vamos a comentar los efectos entrópicos presentes en un sistema 
que pueden conducir o favorecer la generación de estructuras ordenadas. Estos efectos 
no se valen de la interacción electromagnética entre los elementos del sistema para 
producir el ordenamiento, sino que se basan en las fuerzas atractivas y repulsivas que 
existen en los sistemas diluidos, como son las fuerzas de agotamiento, o en los efectos 
producidos simplemente porque el sistema esté altamente concentrado. 
Un ejemplo es la repulsión estérica, generada cuando un grupo de moléculas es 
aparentemente debilitado o protegido por grupos funcionales menos cargados y se 
producen entre cadenas de polímeros cuando se adhieren a la superficie de las 
partículas interactuantes. Este efecto es muy útil de cara a producir estructuras 
autoensambladas, ya que muchas veces las fuerzas atractivas del sistema son 
demasiado intensas como para generar un ordenamiento de las partículas. En estos 
casos, las repulsiones estéricas pueden emplearse para regular la intensidad de las 
atracciones, permitiendo así procesos de autoensamblado controlables mediante la 
elección de las cadenas poliméricas adheridas. 
 
14 
 
Otro efecto entrópico son las fuerzas atractivas de agotamiento, producido 
cuando en una disolución están presentes partículas o moléculas más pequeñas que 
los componentes del sistema. La atracción ocurre cuando los componentes de la 
disolución se acercan lo suficiente como para que ninguna de las partículas más 
pequeñas pueda colocarse entre ambas. En esta situación, las partículas grandes sufren 
una presión osmótica que las atrae entre sí, pudiendo llegar a producir estructuras 
autoensambladas como cadenas de nanocilindros unidos por la base, micelas de 
copolímeros de dos bloques o cadenas de partículas de plaquetas. El rango de estos 
efectos viene dado por el tamaño del soluto más pequeño y la intensidad aumenta si las 
partículas interactuantes son asimétricas o si la interacción se produce entre partículas 
y superficies. 
Cuando la concentración de soluto en el sistema es muy elevada, las partículas 
tienden a ordenarse maximizando el volumen del sistema que les corresponde, 
maximizando también la entropía del sistema y dejando así huecos en los que no entra 
ningún componente de la disolución. Cuando tratamos con sistemas muy concentrados 
de nanotubos, esto es especialmente útil, ya que la orientación de los tubos en una 
misma dirección conlleva un aumento significativo de la entropía del sistema, 
provocando al alcanzar una cierta concentración la transición entre la fase isotrópica, 
con los tubos orientados de forma arbitraria, y la fase nemática, en la que los nanotubos 
están orientados en la misma dirección. Estos efectos suelen tener lugar cuando el 
disolvente del sistema se evapora de forma gradual, aumentando así la concentración 
de soluto hasta que, al evaporarse el disolvente, el soluto cristaliza en una estructura 
ordenada. 
Todos estos efectos entrópicos pueden combinarse con diferentes tipos de 
interaccionesatractivas como las que hemos visto en este capítulo, de forma que 
podamos obtener una gran variedad de estructuras ordenadas. 
Tras haber estudiado varias de las interacciones que pueden dar lugar a 
estructuras autoensambladas, podemos concluir que la forma más eficaz y a la vez más 
compleja de avanzar en este campo es estudiar el efecto conjunto de varias 
interacciones diferentes, tanto atractivas como repulsivas, y aplicarlas a la producción 
de sistemas autoensamblados. 
 
 
 
15 
 
4 – Técnicas de preparación de sistemas autoensamblados 
 
 La parte principal de este trabajo se centra en las técnicas de preparación 
empleadas para producir sistemas autoensamblados, así como el control que se tiene 
sobre las estructuras generadas mediante la variación de los parámetros del proceso y 
las posibles aplicaciones de estos materiales y técnicas de producción. Hay multitud de 
métodos de preparación, los cuales se pueden clasificar siguiendo varios criterios, como 
las especies que interaccionan, las interacciones que intervienen en el proceso, el medio 
en el que se produce el autoensamblado, etc. 
Por ejemplo, un tipo de técnicas de autoensamblado, en las que no vamos a 
profundizar, son aquellas que emplean cadenas de ADN como plantilla para producir 
estructuras nanométricas, como el crecimiento hilos de oro o adhiriendo segmentos de 
ADN a superficies y nanopartículas para que se ensamblen siguiendo un patrón 
específico. Por otra parte, los polímeros de bloque son también ampliamente usados 
para la formación de estructuras autoensambladas sobre plantillas previamente 
preparadas.5-7 
 En nuestro caso, vamos a separar las técnicas en 5 categorías, empezando por 
el autoensamblado por bombardeo iónico, en los que la incidencia de un haz de iones 
sobre una superficie produce nanoestructuras periódicas, cuyas características se 
pueden controlar modulando las condiciones del proceso. Continuaremos con los 
métodos de autoensamblado basados en fenómenos químicos, que se centran en la 
producción de diversas nanopartículas y sistemas ordenados en disoluciones. Después, 
hablaremos de los métodos electroquímicos, en los cuales el autoensamblado de las 
especies es dirigido mediante campos eléctricos y voltajes aplicados sobre una 
disolución concreta previamente tratada. También trataremos el autoensamblado 
empleando superficies como plantilla, que se vale de la deposición de átomos y 
moléculas en puntos energéticamente favorables del sustrato para producir estructuras 
nanométricas periódicas. Por último, trataremos el autoensamblado de nanoestructuras 
ordenadas dirigido por tensiones con redes con dislocaciones, que es un método muy 
eficiente de fabricación de materiales semiconductores. 
 Para estudiar y caracterizar las estructuras formadas por autoensamblado, se 
emplean diversas técnicas de microscopía que proporcionan imágenes de alta 
resolución a escala nanométrica. Por lo tanto, vamos a comentar brevemente las 
16 
 
principales técnicas de microscopía, mediante las cuales se obtuvieron la mayor parte 
de las imágenes que veremos a lo largo del trabajo. 
 En microscopía de fuerza atómica (AFM), una sonda lo más fina posible, 
idealmente de un átomo, se mueve próxima a la superficie del sistema que se esté 
estudiando, manteniéndose fija en un plano paralelo a la misma. Esta sonda mide la 
energía potencial entre la punta y el material, dando así una imagen topográfica de la 
superficie, siendo el eje z la energía potencial medida.8,9 
 La microscopía de efecto túnel (STM) emplea una sonda que mide la corriente 
del efecto túnel que se produce entre su punta y el material al aplicar un voltaje concreto. 
Por ello, solo se puede aplicar para muestras conductoras de electricidad, consiguiendo 
a cambio una elevada resolución atómica lateral y verticalmente.8,9 
 Por último, la microscopía de electrones se basa en bombardear la muestra con 
un haz de electrones acelerados y observar los resultados de las colisiones producidas. 
Cuando se miden los electrones secundarios, electrones del material que salen 
disparados por el impacto del haz, estamos hablando microscopía electrónica de barrido 
(SEM), mientras que, si se miden los electrones del haz después de ser transmitidos a 
través de la muestra, estamos hablando de microscopía electrónica de transmisión 
(TEM). Mediante programas de análisis de imagen, la información obtenida por estos 
tipos de microscopía nos da información del tamaño y forma de los objetos observados, 
así como de su estructura interna en el caso de TEM.8,9 
 
4.1 – Bombardeo iónico 
Las primeras técnicas que vamos a estudiar son aquellas que emplean el 
bombardeo de iones sobre una superficie para producir patrones y estructuras 
nanométricas sobre la misma, pudiendo modificar ciertos parámetros del proceso para 
obtener un estado final concreto. Estas estructuras se forman debido a que un ion, si es 
suficientemente energético, al impactar sobre la superficie de un material penetra la 
capa atómica superficial y puede arrancar átomos de su posición de equilibrio, haciendo 
que se difundan por la superficie y creando vacantes en el punto de impacto. El ion 
continuará avanzando hasta que su energía disminuya por debajo de la necesaria para 
arrancar un átomo de la red. Los átomos difundidos pueden impactar de nuevo con la 
red y, si tienen la suficiente energía, arrancar más átomos que repitan este proceso, 
creando así también vacantes en el punto de colisión. Esto se reproduce hasta que la 
17 
 
energía de los átomos difundidos se reduzca lo suficiente como para que no puedan 
arrancar más átomos y sencillamente se depositen sobre la superficie.10 
 Al bombardear una superficie con un flujo constante de iones, estos sucesos se 
producen de forma continua y en gran cantidad, pudiendo dar como resultado 
estructuras nanométricas periódicas sobre la superficie, cuya naturaleza y 
características dependen de multitud de factores, como son la temperatura del sustrato 
y su composición, el flujo de iones, el ángulo de incidencia y la naturaleza del haz, que 
generalmente se compone de iones de gases nobles por no ser reactivos. 
En concreto, según el ángulo con el que inciden los iones sobre la superficie, hay 
tres posibles morfologías finales. A incidencia normal, la estructura obtenida es una red 
periódica de nanopuntos, ya que los átomos arrancados no pueden desplazarse mucho 
por la superficie y acaban formando crestas alrededor de las vacantes generadas en los 
puntos de impacto. Cuando el ángulo de incidencia aumenta, el patrón producido por el 
bombardeo es uno de surcos perpendiculares a la dirección de incidencia sobre el plano, 
de forma similar a las ondulaciones que el viento crea en la arena de las playas y 
desiertos. A medida que el ángulo se acerca a la incidencia rasante, las líneas dejan de 
ser perpendiculares a la dirección de incidencia y pasan a ser paralelas. Un ejemplo 
evidente de esta dependencia se muestra en la figura 1, en la que las líneas formadas 
sobre la superficie de Cu (110) cambian de orientación en el intervalo de 55º a 65º de 
ángulo de incidencia.11,12 
Estos patrones, son una sucesión de picos y valles caracterizados por su 
rugosidad, la diferencia de altura entre un valle y un pico, y su periodo, que es la 
distancia entre picos. Estas dos propiedades se pueden modular controlando los demás 
parámetros del sistema, como el flujo y energía de los iones, o la temperatura del 
sustrato, teniendo en cuenta que, para temperaturas superiores a un cierto límite los 
átomos difundidos pueden depositarse de forma desordenada, impidiendo así la 
formación de patrones periódicos. También influyen características del sustrato, como 
la curvatura, composición o la red en la que se ordenan los átomos del mismo, de forma 
Figura 1: Imágenes de STM de 400 x 400 nm2 de una superficie de Cu (110) tras el bombardeo de ionesde Ar+ incidiendo con 
un ángulo de (a) 15º, (b) 55º, (c) 65º y (d) 70º respecto de la normal.12 
18 
 
que la dirección de incidencia respecto de la orientación de la red cristalina también es 
un parámetro que influye en el proceso.10 
Para comprender mejor el efecto del bombardeo iónico, podemos estudiar la 
dependencia de la erosión producida localmente por el haz en función de los distintos 
parámetros, la cual viene dada por la ecuación: 
𝑐 =
𝐽 𝑌(𝜃) 𝑐𝑜𝑠 𝜃
𝑁
 
Donde J es la densidad media del flujo del haz,  es el ángulo de incidencia, N es la 
densidad atómica del sustrato y Y() es la eficiencia media de pulverización, que se 
corresponde con el número de átomos arrancados por ion incidente y es diferente según 
el material bombardeado. Por tanto, la erosión de la superficie es directamente 
proporcional al flujo del haz en inversamente proporcional a la densidad atómica 
superficial. Para ángulos de incidencia pequeños, Y() puede aproximarse por cos()-1 
y, a partir de 60º, la función se estabiliza y decrece hasta llegar a 90º, ángulo para el 
cual no se produce erosión debido a que cos() se anula. El ángulo de incidencia para 
el que la erosión es máxima depende del material, y es aquel para el cual el producto 
de Y() y cos() es máximo. 
En resumen, bombardeando una superficie con iones se produce un 
ordenamiento espontáneo de los átomos de la red, formando así estructuras 
nanométricas autoensambladas sobre el sustrato, cuyas características dependen de 
los parámetros empleados en su producción. A continuación, vamos a estudiar casos 
concretos en los que se aplican estas técnicas para generar estructuras periódicas 
autoensambladas en superficies por bombardeo iónico. 
 
Producción de redes de nanopuntos de silicio 
 Para empezar, vamos a hablar de la producción de redes de nanopuntos 
mediante el bombardeo de iones sobre una superficie de silicio, y de la dependencia de 
estas estructuras con la temperatura del sustrato y la duración del bombardeo. Las 
nanoestructuras de silicio tienen propiedades ópticas interesantes y están 
implementadas en muchos dispositivos actuales, por lo que un método de fabricación a 
gran escala, de bajo coste y que permita control sobre las características del material, 
como es el autoensamblado mediante bombardeo iónico, resulta muy ventajoso.13 
 
19 
 
Para la producción de la red de nanopuntos, se bombardea una superficie de 
silicio cortada por el plano cristalográfico (001) con iones Ar+ de 1 keV de energía, a 
incidencia normal durante 10 minutos. El bombardeo se realiza en una cámara a 2·10-4 
mbar de presión, con la fuente de iones localizada a 15 cm de la superficie de silicio y 
un flujo total de iones de argón de 9·1017 iones/cm2. El proceso se realiza entre 300 K y 
625 K para ver el efecto de la temperatura en la estructura resultante, calentando el 
sustrato por el lado opuesto al bombardeo al ponerlo en contacto directo con una fuente 
de calor.13 
 
En la figura 2 podemos ver el patrón producido en la superficie tras 10 minutos 
de exposición para varias temperaturas. En la temperatura más baja, 300 K, 
observamos claramente una red de nanopuntos, los cuales miden entre 40 y 50 nm de 
diámetro y entre 5 y 6 nm de alto. A medida que la temperatura aumenta, los nanopuntos 
son más pequeños y la estructura pierde rugosidad. A partir de 525 K, el patrón pierde 
orden y la red se vuelve más compacta, y para temperaturas superiores a 550 K la red 
de nanopuntos desaparece.13 
 Para comprobar la dependencia de la red de nanopuntos con la duración del 
bombardeo, se procede de forma similar al experimento anterior. Los resultados que 
vemos en la figura 3, se obtuvieron siguiendo el procedimiento que acabamos de ver, 
salvo que en este los iones de argón estaban acelerados con 1.2 KeV de energía y la 
temperatura se ha mantenido constante, siendo el tiempo de exposición al haz el 
parámetro que se ha ido variando para comprobar sus efectos.14 
Figura 2: Imágenes de AFM de la superficie de Si (001) tras el bombardeo iónico con una temperatura de sustrato de (derecha) 
300 K, (centro) 500 K y (izquierda) 550 K.13 
20 
 
 
 Como podemos ver en la figura 3, al bombardear durante 12 horas se ha 
obtenido una red de nanopuntos más ordenada y a mayor escala que cuando el 
bombardeo ha sido de 6 minutos. Sin embargo, aunque al tener diferentes escalas en 
las imágenes no lo parezca, la distancia entre primeros vecinos se mantiene constante 
en el tiempo y, en ambos casos, existe una simetría hexagonal de rango corto, tal y 
como se aprecia en las funciones de autocorrelación recogidas en la figura 3. Los 
nanopuntos formados en ambas situaciones tienen características similares, unos 6 nm 
de altura y entre 40 y 50 nm de diámetro, y están presentes en la superficie con una 
densidad de 3.5·1010 puntos/cm2.14 
 Por lo tanto, esta técnica se puede emplear para la fabricación en masa de redes 
periódicas de nanopuntos en superficies de silicio, teniendo control sobre la rugosidad 
y el periodo mediante la modulación de la temperatura. Además, se puede encontrar un 
tiempo de bombardeo óptimo en el que se alcance el tamaño y el nivel de ordenamiento 
deseados sin emplear más tiempo y recursos de los necesarios.13,14 
 
Producción de nanosurcos en superficies amorfas de carbono 
 En este caso, se bombardea una superficie de carbono para producir un patrón 
de surcos periódicos sobre la misma, además de estudiar la dependencia de estas 
líneas con el ángulo de incidencia de los iones y la energía de los mismos. Para ello, se 
emplean láminas finas de carbono tetraédrico amorfo, de unos 270 nm de grosor, 
crecidas sobre una superficie de silicio (100). Estas finas capas tienen una densidad de 
3 g/cm3 y son extremadamente lisas, con una rugosidad media de 0.1 nm.15 
 Estas láminas de carbono son bombardeadas con iones Ne+ con energías entre 
250 eV y 1.5 keV y un flujo total de 1·1017 iones/cm2, estando la superficie a temperatura 
Figura 3: Imágenes de AFM de la red de nanopuntos y su función de autocorrelación cuando el bombardeo iónico dura 
(izquierda) 6 minutos y (derecha) 12 horas. Las líneas de escala miden 277 nm para la red de la izquierda, 831 nm para la 
red de la derecha y 111 nm para las funciones de autocorrelación.14 
21 
 
Figura 4: Imágenes de AFM de la red de nanosurcos en la superficie de carbono cuando los iones bombardeados tienen 
una energía de 250 eV e inciden con un ángulo de (izquierda) 45°, (centro) 60° y (derecha) 75°.15 
Figura 5: Imágenes de AFM de la red de nanosurcos en la superficie de carbono cuando los iones bombardeados tienen 
una energía de 1500 eV e inciden con un ángulo de (izquierda) 45°, (centro) 55° y (derecha) 65°.15 
 
ambiente. Además, se emplean varios ángulos de incidencia, comprendidos entre 35° y 
75°, para ver cómo cambia el patrón al incidir el haz con distintos ángulos.15 
 En la figura 4, podemos ver el patrón creado por el bombardeo de iones de neón 
con una energía de 250 eV y varios ángulos de incidencia. Cuando el haz se emite a 
45° o menos, no se observa ningún patrón sobre la superficie de carbono. Cuando el 
ángulo aumenta a 60°, se aprecia una serie de nanosurcos periódicos orientados 
perpendicularmente a la dirección del haz, con una separación de 17 nm. Para ángulos 
mayores, las líneas y pasan a estar separadas 31 nm y pierden parte de su 
uniformidad.15 
 
 
Para que los nanosurcos se aprecien mejor, se emplean iones con 1.5 keV de 
energía en el bombardeo, resultando en las estructuras que vemos en la figura 5. Como 
antes, a 45° no se observa ninguna estructura, ya que el ángulo de incidencia es 
demasiado bajo. A 55° podemos ver un patrón de nanosurcos perpendiculares a la 
dirección del haz, siendo ahora mucho más visibles que cuando la energía era de 250 
eV, y con un periodo de 22 nm. Cuando el ángulo se aumenta a 65°, las líneas empiezan 
a orientarse ligeramenteen la dirección del haz, produciendo esa pérdida en la 
uniformidad de las líneas que también se observaba para energías más bajas, y la 
distancia entre surcos aumenta hasta 25 nm.15 
 
22 
 
De esta forma, hemos estudiado un método de fabricación de láminas de 
carbono con un patrón de líneas paralelas ordenadas, así como su dependencia con el 
ángulo de incidencia del haz de iones y la energía de los mismos. Estas superficies se 
pueden emplear como sustrato sobre el que depositar y crecer diversos materiales.15 
 
Producción de nanosurcos en una superficie de Ag (110) 
 El caso del bombardeo iónico sobre superficies metálicas es especial, ya que 
incluso una radiación prolongada, si no se realiza con las condiciones adecuadas, puede 
no afectar al material en absoluto. El caso que estamos estudiando, el bombardeo de la 
superficie de plata cortada por el plano cristalográfico (110), fue uno de los primeros 
experimentos en que se consiguió modificar la superficie de un metal mediante 
bombardeo iónico, creando un patrón de nanosurcos periódicos en la dirección 〈11̅0〉 de 
la red. Lo curioso de este patrón, entre otras cosas, es que se puede obtener con 
incidencia normal, algo que en materiales no metálicos daría lugar a una red de 
nanopuntos y nunca produciría ondulaciones periódicas en la superficie.11,16 
 Para que se genere este patrón, se parte de una superficie de Ag (110) limpia y 
se bombardea con iones de 1 keV y un flujo fijo de 3·1013 iones/(s·cm2) durante 15 
minutos, seguido de unos minutos de enfriamiento hasta que la muestra llega a 200 K. 
Este proceso se repite para diferentes temperaturas en el rango de 230 a 400 K para 
estudiar su efecto en la estructura resultante. Tras todos los procesos, se obtienen 
patrones como los que vemos en la figura 6, según sea la temperatura del sustrato 
durante el bombardeo.16 
 
 En la primera imagen de todas, cuando la superficie está a 230 K, el sustrato sí 
ha sido modificado por el haz de iones, pero no hay ninguna estructura ordenada en él. 
Cuando la temperatura es de 250 K, la difusión en la dirección 〈11̅0〉 empieza a ser cada 
vez más importante y los cúmulos observados a 230 K comienzan a orientarse en esa 
Figura 6: Imágenes de STM del patrón formado sobre la superficie de Ag(110) tras el bombardeo iónico cuando la temperatura del 
sustrato era de (de izquierda a derecha) 230 K, 250 K, 300 K y 320 K.16 
23 
 
dirección. La temperatura óptima de difusión en la dirección 〈11̅0〉 es 300 K, para la cual 
observamos surcos bien definidos paralelos a dicha dirección y con una periodicidad de 
63 nm. Para temperaturas cercanas a 320 K y superiores, el patrón de líneas periódicas 
desaparece pues se posibilita el traspaso de materia entre capas, haciendo que la 
difusión a lo largo de la dirección 〈11̅0〉 pierda prioridad.16 
 Estos experimentos se han realizado también para varios ángulos y direcciones 
de incidencia, obteniendo orientaciones y periodicidades similares a las resultantes del 
proceso a incidencia normal. Además, si no se realiza el enfriado de la muestra tras el 
bombardeo, el patrón de la superficie desaparece lentamente en el tiempo, por lo que 
este paso es importante si se desea conservar la nanoestructura producida.16 
 Mediante esta técnica, por tanto, se pueden producir nanoestructuras de plata a 
gran escala, y es aplicable a muchos otros metales, siempre y cuando se apliquen las 
condiciones de temperatura y energía de los iones adecuada para cada caso.16 
 
4.2 – Métodos Químicos 
Las técnicas de preparación que vamos a estudiar a continuación, son aquellas 
que se basan en las interacciones existentes entre las distintas especies presentes en 
una disolución, como son la formación de determinados enlaces químicos o las 
propiedades hidrófobas e hidrófilas que puedan presentar, para formar estructuras 
autoensambladas ordenadas. Estas interacciones dependen principalmente de la 
naturaleza de los elementos disueltos, ya sean átomos o moléculas, la concentración 
de cada uno y la temperatura del sistema, así como de la composición del medio en el 
que se produce la interacción, por lo que escogiendo y controlando de forma adecuada 
estos parámetros, es posible modular las características que presentarán las estructuras 
autoensambladas resultantes. 
Mediante este tipo de técnicas, se pueden producir una gran variedad de 
materiales y nanoestructuras con multitud de aplicaciones diferentes. Son 
especialmente interesantes para la obtención de nanopartículas, tanto orgánicas como 
inorgánicas, que pueden ser empleadas en la fabricación de dispositivos de 
almacenamiento de información o en el campo de la biomedicina, entre muchas otras 
aplicaciones.7,17 
Dado que hay un gran número de técnicas diferentes que entran dentro de la 
categoría de métodos químicos, nos vamos a centrar en el estudio de tres técnicas en 
24 
 
concreto: el autoensamblado de microesferas de poliestireno, la formación de 
nanopartículas metálicas y la producción de nanopartículas basadas en polisacáridos 
hidrófobos. 
 
Autoensamblado de capas de poliestireno 
Para la realización de esta técnica, se parte de una lámina de óxido de silicio de 
unos 300 nm, la cual se sumerge en una solución de poliestireno monodisperso. Para 
que se forme una única capa ordenada de microesferas sobre la superficie de SiO2, la 
disolución debe tener una concentración de 0.22% de poliestireno en porcentaje de 
masa y calentarse a 50 °C. Tras la formación de la monocapa, se depositan 120 nm de 
silicio amorfo sobre la muestra y se sinteriza a 500 °C bajo un flujo de 2 litros de 
nitrógeno molecular N2 por minuto, garantizando que el silicio depositado se haya 
adherido correctamente en los espacios creados entre las esferas. Para la fabricación 
de multicapas, la concentración en la disolución debe ser de 1.72% de poliestireno en 
masa, y la capa de silicio amorfo depositada debe ser de unos 3000 nm.18 
 
 Tras el proceso, las microesferas de poliestireno, de 660 nm de diámetro, se 
encuentran ordenadas sobre la superficie de óxido de silicio tal y como se observa en la 
figura 7, presentando defectos ocasionales, principalmente vacantes. Si la 
concentración de soluto en la disolución inicial no hubiese sido lo suficientemente alta 
como para producir una monocapa de esferas, estas se agruparían ordenándose en 
pequeñas islas distribuidas de forma no homogénea sobre la superficie.18 
 Estas estructuras pueden ser empleadas directamente como cristales fotónicos, 
siendo esta técnica un medio eficiente y barato de producir estos materiales en masa. 
Además, si se retiran las microesferas del sustrato, se obtienen estructuras 2D y 3D con 
forma de ópalo inverso, las cuales pueden emplearse como plantilla sobre la crecer 
Figura 7: Imágenes de SEM de (izquierda) monocapas y (derecha) multicapas de microesferas de poliestireno sobre una 
superficie de SiO2 Las líneas de escala son de 1 m y 10 m respectivamente.18 
25 
 
Figura 8: Imágenes de SEM de estructuras con forma de ópalo inverso (izquierda) bidimensionales, en el caso 
de la formación de monocapas, y (derecha) tridimensionales, en el caso de la formación de multicapas.18 
átomos o moléculas, y obtener materiales ordenados siguiendo esta morfología. Para 
despegar las esferas de poliestireno, se sumerge el sistema en una solución de 
cloroformo a la que se le aplican ultrasonidos hasta que el sustrato queda limpio, 
obteniendo estructuras como las que se muestran en la figura 8.18 
 
 
Formación de nanopartículas de hierro-platino (FePt) 
 Esta técnica se centra en la producción de nanopartículas monodispersas de 
hierro y platino, las cuales pueden ordenarse sobre una superficie formando redes 
tridimensionales periódicas. Para acceder a los átomos de platino y hierro que van a 
formar las nanopartículas, se emplea acetilacetonato de platino, el cual se reduce a 
platino empleando 1,2 hexadecanediol,y pentacarbonilo de hierro, el cual se 
descompone a altas temperaturas dando partículas de Fe. Ambas reacciones se 
producen de forma simultánea en una solución formada por la mezcla de ácido oleico y 
oleilamina, que se encarga de la formación y estabilización de las nanopartículas de 
FePt y previene su oxidación.17 
 La composición de estas nanopartículas, la proporción de hierro y platino que las 
forman, puede ser controlada ajustando la relación entre la cantidad de hierro y de 
platino que se introduce inicialmente. Por ejemplo, con una relación molar de 3:2 moles 
de hierro frente a platino, se obtienen nanopartículas de Fe48Pt52, para una relación de 
2:1 moles de hierro frente a platino, las nanopartículas resultantes son Fe52Pt48 y para 4 
moles de hierro por cada mol de platino, las nanopartículas producidas son Fe70Pt30.17 
El tamaño de las nanopartículas producidas es también modulable. Para ello, se 
forman inicialmente nanopartículas de 3 nm, su tamaño mínimo, y se van añadiendo 
más reactivos a la solución en la misma proporción, de forma que las partículas crecen 
en tamaño hasta un máximo de 10 nm.17 
26 
 
Figura 9: Imágenes de TEM de las estructuras formadas por nanopartículas de Fe50Pt50 sobre una superficie 
de SiO y cobre empezando para su formación (izquierda) ácido oleico y oleilamina o (derecha) ácido hexanoico 
y hexilamina 17 
 Cuando la disolución de nanopartículas FePt se coloca sobre un sustrato y se 
permite que el disolvente se evapore lentamente, las partículas se ordenan formando 
redes periódicas tridimensionales a gran escala. En este caso que estamos estudiando, 
se deposita 0.5 l de una disolución de nanopartículas de Fe50Pt50 de 6 nm, con una 
concentración de 1 mg/ml, sobre una superficie de óxido de silicio recubierta de una red 
de cobre. Manteniendo el sistema a temperatura ambiente, las partículas se 
autoensamblan formando redes hexagonales empaquetadas tridimensionales con 4 nm 
de distancia a primeros vecinos, tal y como se observa en la imagen izquierda de la 
figura 9.17 
La forma en que se ordenan las nanopartículas depende de cómo se han 
producido inicialmente. Por ejemplo, si para producir las partículas se emplea ácido 
hexanoico y hexilamina como disolvente, la estructura que se forma sobre la superficie 
de SiO y cobre es una multicapa cúbica empaquetada con 1 nm de distancia a primeros 
vecinos, tal y como se aprecia en la imagen derecha de la figura 9.17 
 
 
Una vez ensamblada la estructura tridimensional, si el sistema se somete a un 
tratamiento térmico de 30 minutos a 560 °C en un ambiente de N2 a 1 atm de presión, 
las nanopartículas de FePt se reordenan formando una red a gran escala de celdas 
tetragonales centradas en las caras. Mientras que las estructuras formadas sin aplicar 
el tratamiento térmico presentan superparamagnetismo, coercitividad nula, las 
partículas nanométricas formadas tras el recocido tienen un comportamiento 
ferromagnético, cuya coercitividad puede ser modulada variando la temperatura y 
duración del tratamiento térmico del material. Estos nanomateriales ferromagnéticos 
pueden emplearse para la fabricación de dispositivos de almacenamiento de 
información de alta densidad de bits.17 
27 
 
Producción de nanopartículas basadas en polisacáridos hidrófobos 
 Los polisacáridos son materiales biosostenibles y biocompatibles, por lo que las 
nanopartículas compuestas de estos materiales tienen numerosas aplicaciones en el 
campo de la biología y la biomedicina. Estas nanoestructuras pueden prepararse 
empleando tanto técnicas top-down, en las que se induce la descomposición de un 
ensamblado de polisacáridos en nanopartículas, como bottom-up, en las que 
polisacáridos moleculares se agrupan y ordenan para formar nanopartículas.7 
 Dentro de las estrategias bottom-up, vamos a estudiar un caso concreto de 
autoensamblado de polisacáridos modificados con compuestos hidrófobos en 
disolución. En concreto, vamos a centrarnos en la producción de nanopartículas de 
acetato de celulosa, que es un éster hidrófobo habitualmente empleado en este tipo de 
experimentos.7 
 Para el autoensamblado de las nanopartículas, primero se disuelve el éster de 
celulosa en un disolvente orgánico, el cual es sustituido por agua destilada produciendo 
así el ordenamiento de los polisacáridos hidrófobos. Este intercambio se puede realizar 
de dos maneras; mediante diálisis o por goteo.19 
 Para la técnica de diálisis, se pone en contacto la disolución con el agua destilada 
a través de una membrana semipermeable de celulosa regenerada durante al menos 3 
horas, tras las cuales las nanopartículas de acetato de celulosa estarán suspendidas en 
el agua. Para obtener las nanoestructuras que se observan en la imagen derecha de la 
figura 10, se disuelven 20 mg de acetato de celulosa en 5 ml de dimetilacetamida, el 
cual se sustituye por 500 ml de agua destilada empleando una membrana de diálisis de 
celulosa regenerada.19 
Por otra parte, el método de goteo consiste en la adición de agua destilada en la 
disolución gota a gota, aunque también se puede realizar goteando la disolución sobre 
el agua destilada. Una vez se completa el goteo, la mezcla se agita a una temperatura 
concreta hasta que el disolvente inicial se haya eliminado de la solución acuosa, 
quedando así las nanopartículas suspendidas. Para la producción de los sistemas que 
se observan en las imágenes central e izquierda de la figura 10, se han disuelto 20 mg 
y 5 mg de acetato de celulosa respectivamente en 5 ml de acetona, y se han añadido 
15 ml de agua destilada por goteo. Después, el sistema se ha agitado a 60 °C hasta que 
la acetona no esté presente en la disolución.19 
28 
 
 
Aunque el método de goteo parezca la mejor opción, por ser más barato y menos 
tóxico por emplear acetona, utilizando el método de diálisis las nanopartículas 
resultantes son esféricas, mientras que las producidas por goteo son irregulares y de 
tamaños dispares, por lo que el método más recomendable para fabricar nanopartículas 
regulares es el de diálisis. La estabilidad de las nanoestructuras formadas ha sido 
también estudiada, obteniendo que las nanopartículas suspendidas en la solución 
acuosa se mantienen estables en el tiempo y siempre que el pH se encuentre entre 3.4 
y 10. Cuando el pH sale de este rango, las partículas se aglomeran y desestabilizan.19 
 Por tanto, siguiendo estos procedimientos es posible fabricar en masa y de forma 
eficiente nanopartículas de polisacáridos con aplicaciones interesantes en la 
biomedicina, principalmente en la administración de medicamentos, y que se mantienen 
estables en el tiempo.19 
 
4.3 – Métodos Electroquímicos 
Además de los métodos químicos, también existen técnicas de autoensamblado 
que emplean métodos electroquímicos. Los principales procesos que llevan a la 
formación de estructuras ordenadas, aplicando estos métodos electroquímicos, son la 
anodización y la electrodeposición. 
 La anodización consiste en la oxidación artificial de un metal inmerso en una 
solución de una composición determinada, generalmente un ácido, que funciona como 
electrolito. A esta solución se le aplica un voltaje, el cual provoca que las capas externas 
del metal se oxiden. Las características de la capa oxidada, principalmente el espesor, 
depende de las condiciones en las que se haya realizado el proceso. Los principales 
parámetros que podemos variar para controlar dicho espesor son la temperatura del 
Figura 10: Imágenes de SEM de nanopartículas una superficie de mica producidas mediante (izquierda) 
diálisis y (centro y derecha) goteo, con una concentración inicial de (centro) 1 mg/ml y (derecha) 4 mg/ml.19 
29 
 
sistema, el tipo de electrolito empleado, el voltaje aplicado y el tiempo de duración del 
proceso.20,21 
Mediante la anodización de láminas de aluminio, como veremos en breve, 
podemos provocar el autoensamblado de láminas deóxido de aluminio, también 
llamado alúmina, con poros a escala nanométrica. Además, controlando correctamente 
los parámetros del sistema previamente mentados, podemos modular la estructura de 
las láminas de alúmina, siendo posible variar el diámetro de los poros y la distancia entre 
los mismo.21 
Estas placas de alúmina porosa pueden emplearse como plantillas para conducir 
el autoensamblado de muchos otros materiales diferentes, como por ejemplo hilos 
metálicos que crezcan siguiendo la dirección marcada por los poros de la lámina. Esto 
nos da una forma eficiente y barata de producir numerosos objetos nanométricos con 
multitud de aplicaciones relevantes en nanociencia.20 
La electrodeposición, por su parte, es similar al proceso de anodización, ya que 
se aplica un voltaje sobre un sistema formado por un material inmerso en un electrolito, 
salvo que, en este caso, el electrolito es una solución acuosa con iones del material a 
depositar y el voltaje produce la precipitación de dichos iones sobre el material inmerso. 
El proceso de electrodeposición debe ser controlado con mucha precisión, ya que es 
complicado producir una deposición uniforme del material. Por tanto, se debe escoger 
con cuidado la concentración de iones en la solución acuosa, el voltaje, el tipo de 
corriente aplicada, continua o alterna, y la temperatura del sistema.20 
Como veremos más adelante, podemos emplear esta técnica en combinación 
con las plantillas de alúmina porosa obtenidas por anodización para generar estructuras 
y materiales muy interesantes. 
 
Autoensamblado de alúmina porosa 
 Para empezar, vamos a estudiar en detalle un ejemplo de la técnica de 
autoensamblado de alúmina porosa. En este caso en concreto, las celdas tendrán un 
tamaño de 500 nm, que es mayor al habitual. Como comentamos antes, la alúmina 
porosa anodizada se forma mediante la oxidación anódica del aluminio, resultando en 
una red hexagonal de poros. El parámetro de celda de la red depende principalmente 
del ácido usado como electrolito, obteniendo, por ejemplo, una celda de 65 nm al usar 
ácido sulfúrico y una celda de 100 nm al emplear ácido oxálico. Dependiendo del ácido 
empleado, inducir el autoensamblado requiere un voltaje diferente, siendo 25 V para el 
30 
 
ácido sulfúrico y 40 V para el ácido oxálico. En este caso que estamos revisando, se 
emplea una solución de ácido fosfórico como electrolito, ya que se sabe que produce 
anodización a voltajes bastante altos, lo cual nos interesa pues se busca un parámetro 
de celda mucho mayor al de los otros casos.21 
Para conseguir el autoensamblado de la alúmina porosa, se parte de una lámina 
de aluminio con una pureza del 99.999% y de dimensiones 10 x 50 x 0.3 mm y se 
sumerge en una solución de 60% de ácido perclórico y etanol con fracción de volumen 
¼ para electropulirla durante 4 minutos a 10 °C con una corriente constante de 100 
mA/cm2. De esta forma, se elimina material de la parte más superficial de la lámina, 
suavizando las posibles imperfecciones que pudiese tener. Una vez pulido el aluminio, 
se sumerge en la solución de ácido fosfórico, con una concentración de 0.3 moles por 
litro de disolución, y, manteniendo el sistema a 0 °C, se le aplica un voltaje de 195 V de 
corriente continua durante 16 horas. Al finalizar el proceso de anodización, se elimina el 
sustrato y la parte inferior de la capa de óxido, llamada capa barrera, y se obtiene una 
lámina porosa como la que se muestra en la figura 11.21 
Como indica la imagen, la extensión de dos celdas es 1 m, por lo que cada 
celda mide 500 mn aproximadamente. En este caso la periodicidad es muy buena y 
tiene muy pocos defectos ya que el tiempo de anodización ha sido bastante elevado. De 
haber reducido el tiempo que se aplica el voltaje, el patrón sería mucho más irregular y, 
aunque seguiría habiendo poros, estos no serían tan regulares como los que vemos en 
la imagen.21 
Además, para evitar que en el proceso de anodización se generen puntos de 
temperatura mayor que 0 °C, el sitema fue removido empleando un agitador magnético. 
Si no se removiese la solución, el crecimiento del óxido se desetabilizaría y la lámina de 
óxido se destruiría.21 
Figura 11: Imágenes de SEM de una lámina de alúmina porosa anodizada con 500 nm de parámetro de red.21 
31 
 
Este tipo de láminas, como comentamos al principio y veremos a continuación, 
pueden emplearse como plantilla para crecer nuevas estructuras a raíz de esta 
geometría tan especial. También se pueden emplear como redes de cristales fotónicos 
y como máscaras para la fabricación de cristales fotónicos. Esta técnica puede ser 
aplicada de forma bastante similar para fabricar láminas porosas de otros metales, como 
platino y oro.18,22 
 
Autoensamblado de una red de nanohilos de níquel 
 Como vimos antes, las láminas de alúmina porosa son muy interesantes para 
emplearse como plantillas sobre las que depositar y crecer materiales que sigan la forma 
y dirección de los poros, formando así redes de nanohilos con una periodicidad y grosor 
variables según cómo hayamos construido la lámina en cuestión. Además del método 
anterior, las plantillas de alúmina porosa se pueden diseñar mediante métodos de 
litografía top-down, como bombardeo de electrones o litografía de nanoimpresión, pero 
estos son mucho más caros y menos eficientes.20,23 
 Para esta técnica en concreto, se emplea una lámina de alúmina porosa, de 700 
nm de grosor, autoensamblada siguiendo el método anterior, empleando como 
electrolito ácido oxálico en vez de ácido fosfórico, teniendo así que la distancia entre 
dos celdas de la red sea de unos 100 nm. Sobre esta lámina, se crece níquel de una 
solución acuosa mediante electrodeposición, la cual se puede realizar empleando 
corriente continua o alterna. Ya que la deposición del material empleando corriente 
continua no es uniforme ni estable, en este caso se emplea corriente alterna para 
generar los hilos de níquel.20 
Antes de comenzar con la electrodeposición del metal, se reduce la capa barrera 
existente en los poros. Esta capa barrera, que mencionamos en el apartado anterior, es 
una acumulación no uniforme de óxido dentro de los poros, y de su espesor y 
uniformidad depende el voltaje necesario para la electrodeposición y su eficiencia, 
además del diámetro de los propios poros. Por tanto, reduciendo e igualando la capa 
barrera se aumenta la uniformidad del proceso y se disminuye el voltaje necesario para 
el llenado de los poros. Para conseguirlo, primero se calienta el ácido oxálico a 30 °C y 
se mantiene durante 3 horas, tras las cuales se vuelve a enfriar a 2 °C. A continuación, 
la lámina se anodiza dos veces durante 15 minutos, empleando corrientes constantes 
de 290 mA/cm2 y 135 mA/cm2 respectivamente. Al completar este proceso, la capa 
barrera será más fina y uniforme que antes, haciendo que el diámetro de los poros sea 
mayor y que la deposición de material pueda realizarse de forma mucho más uniforme. 
32 
 
La capa de barrera no debe reducirse mucho más, ya que esto conllevaría la separación 
de los hilos de níquel y la placa de alúmina, lo cual no interesa en absoluto, ya que 
impediría muchas de sus aplicaciones, como sistemas de almacenamiento de datos.20 
 Una vez se ha tratado la plantilla, se procede a la precipitación de los iones de 
níquel desde la solución acuosa a 35 °C, en la cual están disueltos una mezcla de 
compuestos ricos en níquel, manteniendo así una alta concentración de iones en todo 
momento. En vez de una electrodeposición mediante corriente alterna normal, para esta 
técnica se emplea la electrodeposición pulsada, en la que el voltaje no varía de forma 
uniforme con una frecuencia determinada, sino que cambia de forma brusca con el 
periodo deseado, controlando así de forma precisa la velocidad de precipitación y la 
concentración de iones en la intercara de la deposición. Un periodo de electrodeposiciónpulsada está dividido en tres partes: primero un pulso de voltaje negativo en el que se 
produce la deposición del metal, después un pequeño pico de voltaje positivo que decae 
rápidamente a voltaje 0, y la tercera zona en la que el voltaje es nulo durante un tiempo 
relativamente largo. El pico de voltaje positivo descarga el sistema e interrumpe la 
deposición del material, ayudando además a corregir las posibles discontinuidades 
presentes en la capa barrera. Durante la fase de voltaje nulo, la concentración de iones 
en la solución se restaura, garantizando así que la concentración de níquel sea alta en 
todo momento y la deposición sea lo más homogénea posible. Los parámetros óptimos 
empleados para la electrodeposición pulsada en este caso, son: 
- Pulso negativo de 8 ms con una corriente de -70 mA/cm2 y con un voltaje 
entre -8 y -12 V 
- Pulso positivo de 2 ms con una corriente de 70 mA/cm2 y 3 V de voltaje 
- Tiempo de reposo con corriente y voltaje nulo de 1 s.20 
Si el tiempo de reposo es demasiado largo, a partir de 2 segundos 
aproximadamente, los poros pasan un mayor tiempo en contacto con el electrolito, 
llegando a provocar desprendimientos de la lámina de alúmina de un tamaño 
considerable.20 
Al finalizar el proceso, obtenemos un sistema similar a los observados en la 
figura 12. La imagen de la izquierda se observó en un material para el que se emplearon 
parámetros diferentes a los óptimos indicados arriba, por lo que se aprecian numerosas 
irregularidades y poros sin llenar de níquel. La imagen central muestra una red casi 
33 
 
perfecta salvo por poros puntuales que no han sido completamente llenados de níquel, 
la cual ha sido generada con los parámetros óptimos mencionados.20 
La imagen de la derecha está tomada mediante la técnica de microscopía de 
fuerza magnética, y es sensible a la orientación magnética de los hilos de Ni. Las zonas 
claras corresponden a hilos cuya magnetización apunta en un sentido perpendicular a 
la lámina y las zonas oscuras a hilos con magnetización que apunta en sentido opuesto. 
Estos hilos funcionan como unos y ceros en un disco duro y pueden ser empleados para 
el almacenamiento masivo de datos. Si redujésemos el parámetro de red a 50 nm, el 
material resultante podría almacenar cerca de 50 Gbit/cm2.23 
Este método es bastante flexible y permite modular tanto el tamaño de los hilos 
como la distancia entre los mismos. Además, se puede aplicar de forma análoga para 
la deposición y formación de nanohilos de otros metales, como cobre o hierro.20,23 
 
Autoensamblado de una red de alúmina con nanosurcos 
 En este caso, se parte de una lámina de aluminio y se anodiza para llegar a una 
estructura ordenada de pequeños conos separados por nanosurcos. Como veremos a 
continuación, en algunas zonas del material esta estructura existe a ambos lados de la 
lámina, siendo estas redes prácticamente inter-perpendiculares, de forma que el 
material crece en la misma dirección y en sentidos opuestos, y estando separadas por 
una fina capa de óxido de aluminio.24 
 Para la fabricación de este material, se recuece la lámina de aluminio, que tiene 
una pureza del 99.99%, a 500 °C bajo una atmósfera de argón durante 4 horas. Esto 
ayuda a que la hoja de aluminio se ablande y relaje sus tensiones internas. A 
continuación, el material se limpia con acetona y se sumerge en una solución acuosa 
Figura 12: Imágenes de SEM de una red de alúmina porosa llena de nanocables de níquel (izquierda) sin aplicar los parámetros 
óptimos y (centro) aplicando los parámetros óptimos. (derecha) Imágenes obtenidas por microscopía de fuerza magnética, 
diferenciando los hilos con polarización magnética up (claros) y down (oscuros).20,23 
34 
 
Figura 13: Imágenes de SEM de la red y los elementos de la misma (izquierda) a los 5 minutos de anodización y (derecha) a los 10 
minutos de anodización.24 
con 50 g de ácido fosfórico por litro para electropulirla y dejarla lista para la 
anodización.24 
 La lámina de aluminio elecetropulida se introduce en una solución de 1.2 moles 
de ácido sulfúrico por litro de disolución y se anodiza con un voltaje constante de 60 V 
durante 5 minutos. Tras ese tiempo, observamos que se ha formado una capa de 
alúmina encima del aluminio con estructuras desordenadas en forma de agujas. Si el 
voltaje seleccionado hubiese sido de 30 V, la estructura de esa capa de alúmina sería 
la red hexagonal de poros que hemos visto antes. Sin embargo, esta red desordenada 
de agujas no nos interesa, por lo que se erosiona químicamente con una mezcla de 60 
g de ácido fosfórico y 18 g de ácido crómico por litro de disolución. A continuación, se 
anodiza la lámina por segunda vez empleando la misma solución acuosa con ácido 
sulfúrico, pero aplicando inicialmente 60 V que se reducen hasta 30 V. Para esta 
segunda anodización, se han tomado 5, 10 y 15 minutos de duración para comprobar 
las distintas fases del proceso de autoensamblado.24 
 
 
A los 5 minutos de la segunda anodización, se observa una capa de alúmina 
ordenada en una red de pequeñas protuberancias, similares a las papilas existentes en 
la boca, con diámetros de entre 10 y 100 nm. Pasados los 10 minutos, estas papilas se 
agrupan formando conos bastante mayores, y al llegar a 15 minutos de anodización 
estos conos están mucho mejor formados, son más finos y afilados y tienen un diámetro 
de 500 nm, tal y como se observa en la figura 13. Estos conos están separados los unos 
de los otros por valles paralelos, que son los surcos de 20 nm que mencionamos al 
principio. En algunas zonas del material, se observan estas estructuras a ambos lados 
de una capa de pocas decenas de nanómetros, como las que observamos en la parte 
derecha e la figura 14.24 
35 
 
 
La formación de esta curiosa configuración mediante procesos de 
autoensamblado se debe a la ruptura del balance entre la oxidación electroquímica 
producida en la anodización y la abrasión producida por el ácido sulfúrico ya que, con 
voltajes tan elevados, la oxidación se produce a un ritmo que el poder de disolución del 
ácido no puede compensar. De ahí que, al aplicar un voltaje inferior, se obtenga de nuevo 
la red de alúmina porosa en la que ambos procesos están en equilibrio.24 
El material resultante es muy hidrofóbico y puede ser empleado como superficie 
para microcanales de fluidos y tiene muy prometedoras aplicaciones biológicas y 
farmacéuticas. Además, estos resultados pueden ser útiles en la producción de 
nanoestructuras de silicio o de arseniuro de galio, ya que el proceso de anodización del 
aluminio es similar al de los semiconductores.24 
 
4.4 – Autoensamblado en superficies 
 Las siguientes técnicas de preparación que vamos a estudiar son 
aquellas en las que el autoensamblado se produce sobre la superficie de un material, la 
cual guía el ordenamiento espontáneo de objetos inicialmente desordenados que entran 
en contacto con dicha superficie, ya sea por deposición sobre la misma o por 
interacciones inducidas en una disolución. Las estructuras producidas por el 
autoensamblado sobre una superficie dependen principalmente de la velocidad con la 
que se deposita el material y de la velocidad de difusión que tiene dicho material sobre 
la superficie en concreto. Por tanto, las estructuras generadas se pueden modular 
controlando de forma adecuada estos dos parámetros, así como las condiciones 
Figura 14: Imágenes de SEM de (izquierda) la red y sus elementos a los 15 minutos de anodización y (derecha) una zona en la que la 
estructura se encuentra a ambos lados de la lámina.24 
36 
 
ambientales del sistema, la composición de los elementos del mismo y la geometría de 
la superficie.25 
Este último parámetro, la geometría y simetría, es de especial importancia 
cuando se emplean superficies no homogéneas como sustrato. En estos casos, los 
objetos depositados se adherirán a la superficie en puntos específicos marcados