Nuevos materiales a escala nanométrica

¿Podemos ver, caracterizar y medir propiedades de sustancias con tamaño atómico? Un grupo de investigación de la Universidad Complutense de Madrid (UCM) estudia nuevos materiales inorgánicos a escala nanométrica, con el objetivo de fabricar nanodispositivos electrónicos.

Que el tamaño es importante es un hecho patente en los grandes hallazgos de la ciencia. Así opinaba Albert Einstein (Premio Nobel de Física en 1921), quien ya en el año 1905 publicó unos trabajos relacionados con la determinación del tamaño de los átomos.

Lo mismo pensó Richard Feynmann (Premio Nobel de Física 1965), que atrajo la atención de la comunidad científica con la idea que expuso en una conferencia sobre el futuro de la investigación: «A mi modo de ver, los principios de la Física no se pronuncian en contra de la posibilidad de manipular las cosas átomo por átomo». Probablemente estas palabras sirvieron de inspiración a muchos investigadores, como Sumio Iijima, Premio Príncipe de Asturias en 2008 y descubridor de los nanotubos de carbono. Estos nuevos materiales en forma de tubo con diámetro nanométrico y formados únicamente por carbono, presentan propiedades conductoras excepcionales. Los nanotubos sirvieron al ingeniero de IBM James Gimzewski para entrar hace tan solo 8 años en el libro Guinness de los récords por haber inventado la calculadora más pequeña del mundo.

La importancia del tamaño para los investigadores ha dado paso a una nueva disciplina conocida como "Nanotecnología", que trata de controlar y explotar los fenómenos y las nuevas propiedades de la materia a escala nanométrica (1 nanómetro equivale a 0,000000001 metro). Como se ha ido descubriendo en los últimos años, en esta escala, las moléculas pueden presentar propiedades totalmente nuevas, por lo que muchos científicos de diferentes áreas están intentando obtener materiales de tamaño nanométrico con los que construir dispositivos y sistemas novedosos, poco costosos y, sobre todo, con propiedades únicas.

El grupo de investigación en Química de Coordinación de compuestos con enlace Metal-Metal (QCMM), de la Universidad Complutense de Madrid dirigido por el Prof. Reyes Jiménez Aparicio (Dpto. Química Inorgánica I), trabaja en este campo. Sus objetivos son sintetizar, caracterizar y organizar a escala nanométrica materiales poliméricos inorgánicos que sean conductores, para la fabricación de nanocircuitos basados en estas moléculas. De la gran variedad de posibles nanomateriales útiles, el área de investigación del grupo son los polímeros basados en compuestos de coordinación.

Los polímeros de coordinación han adquirido un notable interés en los últimos años como materiales con potenciales aplicaciones en diversos campos. Concretamente, se ha demostrado que los polímeros tipo MMX (M= metal de transición, X= Halógeno) muestran interesantes propiedades eléctricas y magnéticas. Este tipo de compuestos podrían formar hilos moleculares (nanocables), una alternativa a los nanotubos de carbono con ciertas ventajas frente a ellos ya que pueden ser fácilmente funcionalizados. El uso de nuevas técnicas experimentales como la Microscopía de Fuerzas Atómicas, (o AFM, Atomic Force Microscopy) permite caracterizar estos materiales morfológica y eléctricamente (ver imágenes).

Los resultados no han tardado en llegar: gracias a un trabajo conjunto con otros grupos de investigación (F. Zamora y J. Gómez-Herrero Universidad Autónoma de Madrid, UAM), se han preparado y caracterizado fibras individuales basadas en polímeros MMX con metales como rutenio y platino[1]. Actualmente se está ampliando este estudio a materiales que contengan otros metales como rodio[2], níquel o paladio.

Imágenes obtenidas por AFM de un nanohilo molecular (a) y de varios nanohilos entrelazados (b). Modelo de la estructura molecular de un polímero de tipo MMX (c), preparado en el laboratorio del grupo de Química de la Coordinación de compuestos con enlace Metal-Metal.

La nanociencia va más allá de la anécdota o la miniaturización de los dispositivos. Si los científicos no dejamos de lado nuestra curiosidad por la investigación básica y los fenómenos que se producen a escala nanométrica, y llegamos a conocer y controlar el comportamiento de las cosas pequeñas, conseguiremos grandes avances y aplicaciones en campos tan importantes como la medicina o la ingeniería. Porque en ciencia el tamaño sí importa... y no siempre lo grande es lo mejor.


http://www.madrimasd.org/informacionidi/noticias/noticia.asp?id=44217


Eurix Janeth Gómez Vera
CI 1839213
ESS

Los nuevos materiales: nanotecnologia, metamateriales, inteligentes, biométicos e "invisibles"

La nanotecnología es uno de los novedosos campos que promete cambios espectaculares en la fabricación de nuevos materiales. La nanotecnología es la ciencia de fabricar y controlar estructuras y máquinas a nivel y tamaño molecular, capaz de construir nuevos materiales átomo a átomo. Su unidad de medida, el nanómetro, es la milmillonésima parte de un metro, 10 -9 metros. Algunos de estos dispositivos se utilizan en la actualidad, como por ejemplo los nanotubos, pequeñas tuberías conformadas con átomos de carbono puro para diseñar todo tipo de ingenios de tamaño nanoscópico.

También existen los metamateriales, compuestos cuyas propiedades físicas son distintas a la de sus constituyentes. Algunos de ellos se fabrican con técnicas de nanotecnología similares a las que se usan para fabricar micromáquinas y circuitos integrados. Una ventaja de estos metamateriales es que con ellos se podrían fabricar lentes planas que permitirían enfocar la luz en áreas más pequeñas que la longitud de onda de la luz, con lo que podrían conseguirse aplicaciones en el terreno de la óptica o de las comunicaciones totalmente inéditas. Una de estas posibles aplicaciones serían los ordenadores ópticos, muchísimo más potentes y rápidos que los actuales, aunque su desarrollo se encuentra todavía en una fase muy preliminar.

Asimismo, los materiales inteligentes revolucionarán la forma de concebir la síntesis de materiales, puesto que serán diseñados para responder a estímulos externos, extender su vida útil, ahorrar energía o simplemente ajustarse para ser más confortables al ser humano. Así, las investigaciones en nanomateriales permitirán en el futuro, por ejemplo, sistemas de liberación de fármacos ultra-precisos, nanomáquinas para microfabricación, dispositivos nanoelectrónicos, tamices moleculares ultra-selectivos y nanomateriales para vehículos de altas prestaciones. Los materiales inteligentes podrán replicarse y repararse así mismos, e incluso, si fuera necesario, autodestruirse, reduciéndose con ello los residuos y aumentando su eficiencia. Entre los materiales inteligentes que se están investigando se encuentran los músculos artificiales o los materiales que “sienten” sus propias fracturas.

Por su parte, los materiales biomiméticos buscan replicar o “mimetizar” los procesos y materiales biológicos, tanto orgánicos como inorgánicos. Los investigadores que trabajan en este tipo de materiales persiguen un mejor conocimiento de los procesos utilizados por los organismos vivos para sintetizar minerales y materiales compuestos, de manera que puedan desarrollarse, por ejemplo, materiales ultraduros y, a la vez, ultraligeros.

La llamada biomedicina, así como otras nuevas disciplinas, como la biotecnología, la genómica o la proteinómica, persiguen también la creación de nuevos materiales que puedan dar lugar al desarrollo, por ejemplo, de tejidos y órganos artificiales biocompatibles, células madre, contenedores de tamaño molecular e inteligentes para la dosificación controlada de fármacos, proteínas bioactivas y genes, chips de ADN, dispositivos de bombeo, válvulas altamente miniaturizadas, una especie de plásticos, los polímeros, altamente biodegradables y medioambientalmente limpios a partir de microorganismos para evitar la utilización de derivados del petróleo como materia prima, y un sinfín de posibilidades que hoy por hoy se encuentran en la mente de los científicos.

Pedro Gómez Romero, investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona del CSIC, habla también de ‘materiales invisibles’: “Son especies y subespecies de materiales que no están a la vista, pero que constituyen la esencia de multitud de dispositivos y productos que cada vez nos parecen más indispensables”. Su utilidad reside no tanto en sus propiedades mecánicas como en sus propiedades químicas, magnéticas, ópticas o electrónicas. Aunque representen una pequeña parte de los dispositivos en los que actúan, cumplen en ellos un papel estelar. Entre estos materiales invisibles, se habla por ejemplo de los empleados en las baterías, en las pantallas planas de ordenadores, teléfonos móviles, paneles electrónicos y otros dispositivos, o en las películas sensibles a los rayos-X.



http://indumentariaymoda.com/2009/06/15/los-nuevos-materiales-nanotecnologia-metamateriales-inteligentes-biometicos


Eurix Janeth Gómez Vera
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Nuevos materiales inteligentes cambian de forma y mejoran procedimientos médico

Dentro del proyecto IBE-RM, una de las aplicaciones concebidas para el sector médico es una pinza quirúrgica hecha de un polímero hidroactivo que se cierra en contacto con la humedad. Esta pinza podrá ser utilizada como extremo de catéter en intervenciones menos invasivas.

Pinza quirúrgica de cierre automático con pastilla de polímero que se activa en contacto con la humedad

Piezas que cambian de forma en respuesta a la humedad o a campos magnéticos. Materiales que mezclan substancias orgánicas para aumentar su resistencia y potencial biodegradable. El desarrollo de compuestos inteligentes aplicados a las tecnologías de fabricación rápida contribuirá a la creación de productos con funcionalidades innovadoras y sin limitaciones geométricas para muchos sectores, en especial para el médico.

Hablamos de uno de los frentes de estudio del proyecto IBE-RM, consorcio español de I+D que tiene como objetivo consolidar en España el uso de las tecnologías de Rapid Manufacturing a través del desarrollo de nuevas tecnologías, materiales y aplicaciones.

Una de las aplicaciones concebidas por el consorcio para el sector médico consiste en una pinza quirúrgica hecha de un polímero hidroactivo, el cual se cierra en contacto con la humedad. Esta pinza podrá ser utilizada como extremo de catéter en intervenciones menos invasivas. La misma aplicación podrá fabricarse con elastómeros magnetoactivos –plásticos capaces de modificar sus propiedades mecánicas o su geometría como respuesta a cambios de un campo magnético. Este material también puede aplicarse en el desarrollo de sensores biomédicos, ya que sus propiedades magnéticas pueden cambiar como consecuencia a cambios de ciertas variables de su entorno.

“Nuestra contribución al proyecto consiste en estudiar materiales con funcionalidades ‘inteligentes’ ya existentes en el mercado y adaptarlos según los requerimientos de las tecnologías de Rapid Manufacturing con las que trabaja el consorcio”, afirma Suny Martínez, del departamento de Ingeniería de Productos y Ensayos del Centro Tecnológico AIJU, líder de este subproyecto.

“Con eso, ampliamos la oferta de materiales procesables a través de tecnologías de fabricación rápida. Nuevos productos innovadores serán desarrollados y se dirigirán a un gran número de sectores”, comenta la experta.

Materiales ecológicos

La mezcla de materiales orgánicos con polímeros es una alternativa para aumentar la capacidad de degradación de los plásticos y reducir el impacto sobre el medio ambiente. Además, se pueden aportar mejoras en las características mecánicas del producto final, como mayor resistencia.

Para ampliar la carta de materiales para el procesado a través de las tecnologías de Rapid Manufacturing, el consorcio IBE-RM investiga en compuestos plásticos formados con cáscara de almendra. Este método de fabricación se caracteriza por usar un laser para sinterizar el polvo, construyendo una pieza final capa a capa a partir de un diseño digital. Otra formulación actualmente en prueba utiliza la fibra de platanera sobre una matriz de poliuretano. Esta fibra natural actúa como refuerzo de dichos materiales y su uso en la fabricación de series cortas de piezas por colada en vacío resulta una alternativa viable al empleo de otro tipo de materiales para la obtención de piezas de propiedades mecánicas más elevadas.

Rapid Manufacturing

Las tecnologías de Rapid Manufacturing (fabricación rápida) permiten la obtención de prototipos o piezas finales altamente personalizadas y de geometría compleja a partir de la deposición continua de capas de material metálico o polimérico.

El proyecto IBE-RM tiene como reto desarrollar una tecnología de fabricación rápida MADE IN SPAIN. Para eso, el consorcio cuenta con la participación de 27 socios, entre empresas, universidades y centros tecnológicos.

La investigación dispone de tres frentes de acción: tecnologías de Rapid Manufacturing, desarrollos de materiales, e implementación de tecnologías de información y comunicación en procesos productivos.

El proyecto es liderado por la Fundación Ascamm, miembro de TECNIO, la red creada por ACC1Ó y que aglutina a los agentes expertos en Transferencia Tecnológica de Catalunya.

Con duración prevista hasta 2012 y un presupuesto de 3,3 millones de euros para los dos primeros años, el proyecto está parcialmente financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, así como por la Unión Europea dentro del Programa Operativo de I+D+i por y para el beneficio de las empresas (Fondo Tecnológico) del FEDER.


http://www.plataformasinc.es/index.php/Noticias/Nuevos-materiales-inteligentes-cambian-de-forma-y-mejoran-procedimientos-medicos

Eurix Janeth Gómez Vera
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Nuevos materiales inteligentes cambian de forma y mejoran procedimientos médico

Dentro del proyecto IBE-RM, una de las aplicaciones concebidas para el sector médico es una pinza quirúrgica hecha de un polímero hidroactivo que se cierra en contacto con la humedad. Esta pinza podrá ser utilizada como extremo de catéter en intervenciones menos invasivas.

Pinza quirúrgica de cierre automático con pastilla de polímero que se activa en contacto con la humedad

Piezas que cambian de forma en respuesta a la humedad o a campos magnéticos. Materiales que mezclan substancias orgánicas para aumentar su resistencia y potencial biodegradable. El desarrollo de compuestos inteligentes aplicados a las tecnologías de fabricación rápida contribuirá a la creación de productos con funcionalidades innovadoras y sin limitaciones geométricas para muchos sectores, en especial para el médico.

Hablamos de uno de los frentes de estudio del proyecto IBE-RM, consorcio español de I+D que tiene como objetivo consolidar en España el uso de las tecnologías de Rapid Manufacturing a través del desarrollo de nuevas tecnologías, materiales y aplicaciones.

Una de las aplicaciones concebidas por el consorcio para el sector médico consiste en una pinza quirúrgica hecha de un polímero hidroactivo, el cual se cierra en contacto con la humedad. Esta pinza podrá ser utilizada como extremo de catéter en intervenciones menos invasivas. La misma aplicación podrá fabricarse con elastómeros magnetoactivos –plásticos capaces de modificar sus propiedades mecánicas o su geometría como respuesta a cambios de un campo magnético. Este material también puede aplicarse en el desarrollo de sensores biomédicos, ya que sus propiedades magnéticas pueden cambiar como consecuencia a cambios de ciertas variables de su entorno.

“Nuestra contribución al proyecto consiste en estudiar materiales con funcionalidades ‘inteligentes’ ya existentes en el mercado y adaptarlos según los requerimientos de las tecnologías de Rapid Manufacturing con las que trabaja el consorcio”, afirma Suny Martínez, del departamento de Ingeniería de Productos y Ensayos del Centro Tecnológico AIJU, líder de este subproyecto.

“Con eso, ampliamos la oferta de materiales procesables a través de tecnologías de fabricación rápida. Nuevos productos innovadores serán desarrollados y se dirigirán a un gran número de sectores”, comenta la experta.

Materiales ecológicos

La mezcla de materiales orgánicos con polímeros es una alternativa para aumentar la capacidad de degradación de los plásticos y reducir el impacto sobre el medio ambiente. Además, se pueden aportar mejoras en las características mecánicas del producto final, como mayor resistencia.

Para ampliar la carta de materiales para el procesado a través de las tecnologías de Rapid Manufacturing, el consorcio IBE-RM investiga en compuestos plásticos formados con cáscara de almendra. Este método de fabricación se caracteriza por usar un laser para sinterizar el polvo, construyendo una pieza final capa a capa a partir de un diseño digital. Otra formulación actualmente en prueba utiliza la fibra de platanera sobre una matriz de poliuretano. Esta fibra natural actúa como refuerzo de dichos materiales y su uso en la fabricación de series cortas de piezas por colada en vacío resulta una alternativa viable al empleo de otro tipo de materiales para la obtención de piezas de propiedades mecánicas más elevadas.

Rapid Manufacturing

Las tecnologías de Rapid Manufacturing (fabricación rápida) permiten la obtención de prototipos o piezas finales altamente personalizadas y de geometría compleja a partir de la deposición continua de capas de material metálico o polimérico.

El proyecto IBE-RM tiene como reto desarrollar una tecnología de fabricación rápida MADE IN SPAIN. Para eso, el consorcio cuenta con la participación de 27 socios, entre empresas, universidades y centros tecnológicos.

La investigación dispone de tres frentes de acción: tecnologías de Rapid Manufacturing, desarrollos de materiales, e implementación de tecnologías de información y comunicación en procesos productivos.

El proyecto es liderado por la Fundación Ascamm, miembro de TECNIO, la red creada por ACC1Ó y que aglutina a los agentes expertos en Transferencia Tecnológica de Catalunya.

Con duración prevista hasta 2012 y un presupuesto de 3,3 millones de euros para los dos primeros años, el proyecto está parcialmente financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, así como por la Unión Europea dentro del Programa Operativo de I+D+i por y para el beneficio de las empresas (Fondo Tecnológico) del FEDER.


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Eurix Janeth Gómez Vera
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Un avance en los chips podría conducir a computadoras más rápidas

Un novedoso método de producción de placas de circuitos podría conducir a una nueva generación de computadoras más rápidas, más pequeñas y energéticamente más eficientes

El nuevo método se basa en el grafeno, un compuesto de carbono con forma de panal de abejas, de 1 átomo de espesor, que ha atormentado a los científicos durante años con unas propiedades eléctricas que lo convierten en un reemplazante prometedor del silicio de los chips actuales. Por desgracia, producir componentes reales de grafeno es difícil y prohibitivamente caro.

En el número del 11 de junio de la revista Science unos investigadores detallaron cómo evitaron muchos de estos problemas usando un microscopio de fuerza atómica de punta calentada para crear grafeno sobre obleas de un material relacionado.

“Usamos láminas muy largas de óxido de grafito. Cuando éste se calienta, se reduce de nuevo a grafeno”, explicó Paul Sheehan, director de la sección de Nanociencia de Superficie y Sensores de la Oficina de Investigación Naval y autor principal del nuevo documento. “Lo bueno es que puedes escribir circuitos donde lo desees”.

Esta nueva técnica consiste en tallar canales de grafeno a partir de obleas de óxido de grafito. La punta calentada de un microscopio de fuerza atómica puede sacar los átomos de oxígeno de la parte superior de la oblea, dejando grafeno puro y eléctricamente conductivo, a su paso.


Antes, los científicos tenían que montar cualquier componente eléctrico de grafeno a partir de jirones sueltos del material. Además de ser un proceso tedioso, inexacto y difícil, el grafeno en sí es sumamente caro.

Este procedimiento simplifica el montaje usando un material relativamente barato como punto de partida y un método escalable que se puede aplicar fácilmente a las líneas de producción de tamaño industrial.

Modelando el grafeno, los científicos pueden convertirlo en circuitos, transistores o cualquier otro componente que haga falta para fabricar el chip de una computadora. En los chips que se utilizan en la actualidad el silicio necesita metales y otros materiales para producir un elemento funcionante.

Y mientras los canales de grafeno tallados en el óxido de grafito forman los componentes eléctricos del chip, el resto del óxido de grafito ayuda aislando al circuito de grafeno, y proporcionando un anclaje químico para los sensores y otros elementos adicionales al chip.



http://axxon.com.ar/noticias/2010/06/un-avance-en-los-chips-podria-conducir-a-computadoras-mas-rapidas/

Eurix Janeth Gómez Vera
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Nanotecnología: Cerraduras y llaves para construir pequeñas estructuras

Investigadores de EEUU han inventado una técnica de “cerradura y llave” que hace que se puedan montar partículas pequeñas en una variedad de estructuras diminutas

El método puede aportar una manera sencilla de crear materiales tecnológicamente útiles a escalas de longitud de micrómetros y nanómetros.


Las partículas que miden entre 100 nm y 1 micra son elementos excelentes para fabricar dispositivos optoelectrónicos. Estas partículas tienen aproximadamente el mismo tamaño que las longitudes de onda en la parte visible del espectro electromagnético, de manera que interactúan fuertemente con la luz.

Una forma prometedora de crear dispositivos es dispersar las partículas en un líquido y que formen un coloide que luego se puede solidificar para crear un cristal coloidal. Las propiedades ópticas de los cristales se pueden ajustar cambiando el espacio entre las partículas. Generalmente se crean dispositivos explotando la capacidad de algunas partículas de autoensamblarse para formar estructuras específicas. Se puede utilizar química de superficie para controlar las formas de estas estructuras revistiendo las partículas con moléculas, como las hebras de ADN, que se unen entre sí.

Configurando algunos bloques de construcción básicos

Ahora Stefano Sacanna, y sus colegas de la Universidad de Nueva York, han inventado un nuevo método de control que no depende de la química en la superficie de las partículas, sino sólo de sus formas. Como resultado, el proceso escapa a muchos problemas asociados con este revestimiento de las partículas con moléculas o el tratamiento de sus superficies. “Idealmente, usted podría diseñar un conjunto con geometría precisa y propiedades físicas y químicas bien definidas dando forma a algunos bloques de construcción básicos y dejando que ellos se auto ensamblen con un mecanismo de cerradura y llave”, dice Sacanna.

La técnica emplea dos partículas con características complementarias, por ejemplo, una cavidad esférica en una partícula (la cerradura) y una protuberancia esférica que coincide en la otra (la llave). Las partículas se ponen juntas usando una técnica de “reducción de interacción”, que involuvra la adición de un tercer tipo de partículas que son mucho menores que la llave o la cerradura. Cuando se unen una llave y una cerradura, las partículas pequeñas ya no puede encajar entre ellas. Debido a que no hay partículas pequeñas entre las partículas grandes que las empuje aparte, las partículas grandes empiezan a acercarse entre sí como si se sintieran atraídas por una fuerza de corto alcance.

La fuerza de la reducción de interacción es proporcional a lo exacto que resulte el ajuste entre la cerradura y la llave: si el ajuste es pobre, algunas partículas pequeñas pueden entrar en los espacios diferentes y empujar hasta que la llave y la cerradura se separen. Como resultado, las partículas tienden a formar estructuras en las que las cerraduras y llaves están unidas (ver la figura arriba).

Reversibilidad

Gracias al hecho de que la técnica no depende de controlar la química de la superficie de las partículas, permite más libertad en el diseño y montaje de grupos funcionales, afirma Sacanna. La ausencia de enlaces químicos también significa que el montaje es reversible. Los clusters se pueden desmontar por simples cambios en la temperatura.

Otro beneficio importante de la técnica es que el empalme de la cerradura y la llave son mucho más flexibles que los enlaces químicos. “Esta característica nueva y esencial se puede utilizar para crear, por ejemplo, partes móviles en micromaquinaria”, le dijo Sacanna a physicsworld.com.

Varias cerraduras pueden unirse a una única llave (véase el gráfico), lo que significa que una estructura puede tener una cantidad de uniones. También sería posible crear más de un “hueco” en una partícula cerradura. Según Michael Salomón, de la Universidad de Michigan, múltiples huecos “introducirían el equivalente coloidal de complejos extendidos de coordinación, como matrices moleculares 2D y 3D que se autoensamblen en geometríass fijas de átomos y lifaduras de moléculas”. “El montaje de partículas coloidales puede permitir el acceso a las deseadas, pero hasta ahora difíciles de lograr, estructuras complejas coloidales”, añade.

Sacanna y sus colegas planean ahora hacer partículas “inteligentes” e impulsar su automontaje hasta al límite en que se puedan autorreplicar conjuntos de partículas bien definidos y estructurados.



http://axxon.com.ar/noticias/2010/03/nanotecnologia-cerraduras-y-llaves-para-construir-pequenas-estructuras/

Eurix Janeth Gómez Vera
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Nuevos materiales para construcción de celdas solares

Aportes a la calidad y la excelencia 2009” es el nombre del premio que otorgó la empresa Florida Ice and Farm a un grupo interdisciplinario de investigadores de la Universidad de Costa Rica (UCR) y el Instituto Tecnológico de Costa Rica (ITCR) por el desarrollo de su proyecto “Celdas solares que contienen tintes sensibilizantes para la producción de energía eléctrica”.

El proyecto fue financiando por los fondos del Consejo Nacional de Rectores (CONARE), con apoyo de la Vicerrectoría de Investigación y el Centro de Electroquímica y Energía Química (CELEQ) de la UCR, así como la Florida Ice and Farm.

Según el Dr. Leslie Pineda Cedeño, investigador de la Escuela de Química de la UCR, y quien trabaja en este proyecto, “… la idea es sumar desde la síntesis química de materiales novedosos, el ensamblaje de las celdas, su evaluación física y electrónica, como fuente eficiente de conversión de energía solar a flujo eléctrico.”

Para el desarrollo de este proyecto se creó un equipo interdisciplinario de trabajo en las áreas de la química y la electrónica, entre los que se encuentra el Dr. Christian Campos, profesor e investigador de la Escuela de Química.

El grupo está conformado por investigadores con experiencia en química de materiales, síntesis en química inorgánica y organometálica, del CELEQ. También participan expertos del ITCR en mediciones físicas de materiales, ensamblaje y caracterización de celdas solares

Leslie Pineda dictó una conferencia el 19 de mayo sobre “¿Qué otros materiales se podrían utilizar para construir celdas solares?” organizada por la Facultad de Ciencias (foto Anel Kenjekeeva

Nuevo material

La investigación se fundamentó en el análisis del rutenio (Ru), elemento cuyos derivados podrían utilizarse en la producción de tintes como conductores de electricidad.

Las celdas solares que se han creado hasta el momento tienen como base el silicio, el cual posee un proceso de purificación con un costo muy elevado.

Esto impide que las personas comunes tengan acceso económico a los paneles solares como sustituto de la energía eléctrica.

Actualmente existen algunas personas que tienen en su finca, empresa o casa un panel solar, sin embargo, el experto aseguró que el silicio utilizado en esas celdas es polimorfo, y no cristalino, como deber ser.

Esto significa que el rendimiento de esos paneles será mucho menor a los de silicio cristalino.


La nueva propuesta es reemplazar el silicio por dióxido de titanio “nanoparticulado” con un tinte sensibilizador a base de rutenio para absorber mayor cantidad del espectro electromagnético.

Según el Dr. Pineda, el dióxido de titanio tiene un precio mucho más cómodo que el silicio y es de más fácil acceso, ya que incluso es utilizado en la industria de las pinturas.

Además el Dr. Pineda dijo que según datos de la Organización de Naciones Unidas (ONU), para lograr una sostenibilidad en la generación de esta energía alternativa hacia el 2050, el consumo debería ir en aumento hasta llegar a un 50% adicional de lo que hoy se demanda.

Con todo esto se pretende que muy pronto usted pueda utilizar energía solar, por ejemplo, para cargar la batería de su celular o encender lámparas pequeñas en su casa.

“Además, las celdas podrían utilizarse para proveer de energía a redes inalámbricas de censores, con aplicación en monitoreo de calidad de agua, agricultura de precisión, vigilancia, monitoreo de zonas propensas a desastres, monitoreo médico, monitoreo de zonas protegidas en cuanto a detección de fuegos, caza ilegal, tala ilegal y otros…” aseguró el experto.

El pasado 5 de mayo, los investigadores recibieron el premio que corresponde a $25 000 (veinticinco mil dólares), los cuales “serán invertidos en algunos reactivos químicos claves para la síntesis de los compuestos de rutenio (tintes), gastos de análisis de muestras por diferentes técnicas de caracterización, como difracción de rayos X, resonancia magnética nuclear, espectrometría de masas y análisis por microscopia electrónica. También en algunos dispositivos electrónicos para la caracterización física de las celdas solares y la compra de material bibliográfico…”, afirmó el Dr. Pineda.

Actualmente los páneles solares con silicio cristalino son utilizados únicamente por entidades de muy alta tecnología, como por ejemplo la NASA en Estados Unidos de América

http://www.ucr.ac.cr/noticias/2010/06/07/nuevos-materiales-para-construccion-de-celdas-solares.html


Eurix Janeth Gómez
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Descubren un defecto fatal en las “capas de invisibilidad”

Las alfombras de invisibilidad tienen un defecto que hace detectables los objetos que esconden

En el juego de camuflaje del gato y el ratón, el extraordinario desarrollo de capas de invisibilidad le han dado al ratón, sin duda, las de ganar en los últimos años. No sólo los teóricos han desarrollado drásticamente las ideas tras estos dispositivos, sino que otros han construido y probado los mantos en sí. El mundo del camuflaje nunca será igual.
Pero hoy los gatos luchan al revelar la forma de detectar la presencia de una capa de invisibilidad y descubrir el objeto que oculta.

Los mantos de invisibilidad ocultan objetos dirigiendo la luz alrededor de ellos para que un observador no pueda verlos. El truco es crear un material que dirija la luz de esta manera.

Esto resulta ser extremadamente difícil, en parte debido a las propiedades ópticas de estos materiales tienen que cambiar de un punto a otro de una forma que permita lograr esta direcionalidad, una propiedad conocida como anisotropía óptica. Debido a esto, en principio las capas de invisibilidad tuvieron que hacerse a mano y aún así sólo lograban encubrir un objeto plano en dos dimensiones en una sola longitud de onda de luz de microondas. Nadie podía imaginar cómo podría llegar a funcionar este mecanismo a la escala mucho más pequeña requerida para la luz visible, ni en un rango de frecuencias en lugar de una sola.

Luego, hace un par de años, John Pendry, físico teórico del Imperial College de Londres, alguien que ha sido la fuerza intelectual que impulsa este campo, se acercó con otro enfoque: la cobertura o manto de alfombra.

La idea es que una capa de material dieléctrico sobre una superficie podría curvar la luz de una manera que pareciera como si la luz es reflejada en la superficie original. En otras palabras, esta capa adicional sería invisible, así que cualquier cosa contenida en ella sería invisible también.

Esta técnica funciona con la luz visible en una amplia gama de frecuencias. Es más, ha dicho Pendry, los materiales con los que se podría lograr esto podrían ser totalmente uniformes —isotrópicos en lugar de anisotrópicos— y así serían mucho más fácil de hacer.

Con esta idea, el sueño de crear capas de invisibilidad óptica quedaba al alcance y esta idea se desarrolló a partir de la teoría a la práctica en tan sólo unos meses.

Desde entonces, Baile Zhang y sus colegas en el Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge han estado ocupados buscando el punto débil de esta idea, y ahora creen tenerla. Señalan hoy que las capas de alfombra tienen un defecto que hace detectables los objetos dentro de ellas.

El problema, dicen ellos, es que las capas isótropas no puede funcionar a la perfección. He aquí el porqué. Podemos imaginar a la luz como una serie de frentes de onda cada uno con una cierta cantidad de energía. Por lo general, la dirección de propagación de la energía está en ángulo recto con estos frentes de onda.

Sin embargo, en una capa de invisibilidad, esta relación perpendicular se distorsiona cuando se redireccionan las ondas de luz. Eso es lo hace un material anisótropo. Pero si el material es isótropo no puede hacerlo: la energía siempre se propaga perpendicular a los frentes de onda. Esta limitación significa que los materiales isotrópicos no pueden ocultar objetos de la manera que sugiere Pendry.

Zhang y compañía comprobaron su afirmación siguiendo un rayo que pasa a través del tipo de manto de alfombra isotrópico que propuso Pendry. Lo que han descubierto es un impacto para los creadores de mantos de alfombra en todo el mundo.

Según Zhang y sus colegas, las capas de alfombra no ocultan objetos, no hacen más que dsplazarlos a un lado en una cantidad apenas un poco menos de su altura. Fundamentalmente, el efecto depende del ángulo en el que usted está observando. Así que cuando se ilumina un objeto de altura 0,2 unidades a un ángulo de 45 grados, aparece desplazado lateralmente en 0,15 unidades.

Si Zhang y compañia están acertados, esto podría ser un golpe importante para la cobertura de alfombra isotrópica. Esto significa que el efecto de encubrimiento de la alfombra tiene un ángulo de visión limitado.

Observe directamente desde arriba y un objeto se puede ocultar a la perfección, no necesita una capa de alfombra, sólo un camuflaje convencional. La cuestión es hasta qué punto se puede uno separar de la perpendicular antes de una capa de alfombra de óptica isotrópica nos delate.

Así que en las guerras de la invisibilidad, esta batalla va a los gatos. Por supuesto, los ratones regresán con un manto de alfombras nuevas y mejoradas que eviten este problema. Una salida obvia es hacer que la alfombra sea anisotrópica, es decir, variar su estructura para que esta propiedad dirija correctamente la luz alrededor del objeto.

Segundos fuera, comienza el segundo round.


http://axxon.com.ar/noticias/2010/04/descubren-un-defecto-fatal-en-las-capas-de-invisibilidad/

Científicos descubren un nuevo fenómeno eléctrico a nanoescala

Normalmente aquellos materiales considerados conductores transmiten fácilmente la electricidad, mientras que aquellos denominados como aislantes o dieléctricos no. En este último caso, cuando dichos materiales son sometidos a una descarga eléctrica extremadamente alta, se produce un efecto denominado “ruptura dieléctrica” (como cuando un rayo impacta un árbol y este resulta destruido).

Lo anterior no sucede a escala muy pequeña o nanoescala, según un reciente descubrimiento realizado por el profesor de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Michigan Alan Hunt.

El equipo liderado por Hunt logró hacer pasar una corriente eléctrica de manera no destructiva a través de una astilla de vidrio, un material que en su estado natural no es usualmente conductor y por ende debería haber resultado destruido.

Hunt denomina a estas astillas o cintas dieléctricas como electrodos de vidrio líquido, y son fabricadas en el Centro de Ciencia Óptica Ultrarrápida de la Universidad de Michigan utilizando un láser de femtosegundo (emite pulsos de luz cuya duración es de una cuadrillonésima de un segundo).


Según el profesor Hunt, cuando se trabaja a nanoescala y se hace al material dieléctrico extremadamente delgado, se puede alcanzar su ruptura utilizando voltajes muy modestos, que pueden ser provistos por baterías. Pero esto no se produce, porque como se trabaja a una escala tan pequeña, el calor se disipa de manera extraordinariamente rápida.

Los electrodos de vidrio son ideales para ser utilizados en microprocesadores utilizados en los laboratorios, aquellos artefactos que integran múltiples funciones de laboratorio en un solo chip y que mide sólo unos milímetros o centímetros.

Dichos artefactos podrían ser utilizados en la construcción de equipos que permitan realizar pruebas en el hogar para la detección de enfermedades, agentes contaminantes en los alimentos y gases tóxicos.

El problema existente en la actualidad para construir dichos artefactos es que requieren de una fuente de energía para su funcionamiento, para lo cual la única alternativa existente es la utilización de cables, lo que no resulta tan fácil cuando hablamos de artefactos tan diminutos.

Según Hunt

El diseño de artefactos microfluídicos está limitado al problema del suministro de energía. Pero lo que podemos hacer es incorporar electrodos directamente adentro del artefacto

Ahora la universidad se encuentra realizando las gestiones para patentar este descubrimiento, junto con encontrar socios en el mundo privado para su comercialización.



http://www.fayerwayer.com/2010/05/cientificos-descubren-un-nuevo-fenomeno-electrico-a-nanoescala/

Ciencia de los Materiales Método Para Proyectar Luz a Través de Materiales Opacos

Los materiales como el papel, la pintura y los tejidos biológicos son opacos porque la luz que pasa a través de ellos se dispersa de maneras complicadas y aparentemente aleatorias. Un nuevo experimento a cargo de investigadores en la ESPCI de París ha demostrado que es posible enfocar luz a través de los materiales opacos y vislumbrar los objetos ocultos detrás de ellos si se conocen lo bastante bien las características del material.

Con el fin de demostrar su método para hacer pasar luz a través de sustancias opacas, los investigadores primero proyectaron la luz contra una capa de óxido de cinc, que es un componente común de las pinturas blancas. Estudiando la manera en que cambia el haz de luz cuando se encuentra con el material, consiguieron producir un modelo numérico especial, lo que se conoce como una matriz de transmisión, que incluye más de 65.000 números que describen el modo en que la capa de óxido de cinc afectó a la luz.

Entonces pudieron utilizar la matriz para ajustar el haz de luz específicamente para atravesar la capa y que la luz surgiera por el otro lado. Alternativamente podían medir la luz que emergía del material opaco y usar la matriz para ensamblar la imagen de un objeto situado detrás de él.

En efecto, el experimento demuestra que un material opaco podría servir como un elemento óptico de alta calidad comparable a una lente convencional, una vez que se hubiera construido una matriz de transmisión suficientemente detallada.

Además de permitir el mirar a través de un material opaco, incluyendo el interior de las células, la técnica abre la posibilidad de que los materiales opacos puedan ser buenos elementos ópticos en dispositivos de tamaño nanométrico, en los niveles donde la construcción de lentes convencionales y otros componentes transparentes resulta particularmente difícil.


http://www.deguate.com/artman/publish/ciencia-actualidad/ciencia-de-los-materiales-metodo-para-proyectar-luz-a-traves-de-materiales-opacos.shtml

Nuevas lentes basadas en metamateriales

Ingenieros de la Universidad Duke han creado una nueva generación de lentes electrónicas que podría mejorar de manera significativa las capacidades de las telecomunicaciones o de los sistemas de radar, proporcionando un amplio campo visual y un nivel de detalle mayor que el posible hoy en día. La lente que han diseñado no se parece a una lente como las que conocemos. Mientras que las lentes tradicionales se fabrican con sustancias transparentes como el vidrio o el plástico, y poseen superficies muy pulidas, la nueva lente se parece más a una persiana en miniatura. A pesar de esto, su capacidad de controlar la dirección de los rayos electromagnéticos que pasan a través de ella supera de manera asombrosa a la de una lente convencional.

La nueva lente posee el aspecto de una persiana


El desarrollo de tan singular lente ha sido posible gracias a la capacidad de fabricar los exóticos materiales compuestos conocidos como metamateriales. El metamaterial empleado para estos experimentos no es una sustancia simple, sino una estructura artificial completa que puede ser manipulada y diseñada por el hombre para que exhiba propiedades que no se encuentran fácilmente en la naturaleza. La lente prototipo, que mide unos diez centímetros de ancho por trece de largo, y menos de tres de espesor, está compuesta por más de 1.000 piezas individuales de material de fibra de vidrio. Este material es el mismo que utilizamos en NeoTeo para la construcción de placas de circuito impreso (PCB) donde hacemos funcionar nuestros desarrollos electrónicos. La distribución precisa de estas piezas en filas paralelas es lo que dirige los rayos según atraviesan la lente.

Los metamateriales están permitiendo logros en el campo de la óptica nunca antes soñados

Durante cientos de años lo fabricantes mundiales de lentes han buscado un material específico que sea capaz de manipular en forma eficiente la estructura de los rayos que atraviesan la lente. El objetivo fundamental siempre ha sido adaptar el volumen y la masa de la lente para ganar la libertad de lograr obtener puntos de enfoque “deseados” dentro de tamaños adaptados según la necesidad de la aplicación. Reconociendo y admitiendo las limitaciones físicas de las lentes tradicionales, los científicos han investigado durante mucho tiempo otras opciones, incluida la que se conoce como GRIN (Gradient Index) y que logra un efecto óptico gracias a la variación gradual del índice de refracción del material empleado en su construcción en lugar de tallar su superficie. Una de las ventajas más importantes de las lentes GRIN en comparación con las lentes clásicas es que las superficies ópticas de las lentes GRIN son planas en lugar de las populares ópticas talladas en forma curva, tal como se conocen en la mayoría de los anteojos o espejos convencionales utilizados en telescopios. Este hecho es muy importante para crear un acoplamiento lumínico de excelente calidad entre la lente y, por ejemplo, una fibra óptica.
Las lentes GRIN varían su capacidad de refracción dentro de la lente, permitiendo superficies planas de terminación

La nueva lente basada en metamateriales tiene un amplio ángulo de visión, casi 180 grados, y como su punto focal es plano (flat focal point), se puede usar con tecnologías estándar de obtención de imágenes. Los últimos experimentos han sido efectuados con microondas, y los investigadores creen que es teóricamente posible diseñar lentes para frecuencias más amplias dentro del espectro electromagnético. Si esta novedosa tecnología progresa adecuadamente, una sola lente de metamaterial podría sustituir a los sistemas ópticos tradicionales que requieren de grandes conjuntos de lentes. Además, serían capaces de proporcionar imágenes más claras que las ofrecidas por las lentes convencionales. También se estima que podrían ser usadas en sistemas a gran escala como los conjuntos de radares para dirigir mejor los haces, una tarea que no es posible lograr con las lentes tradicionales, las cuales tendrían que ser tan grandes que ya no resultarían prácticas más allá de su alto costo.
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http://www.ca-world.com/foros/noticias-de-actualidad/8032-nuevas-lentes-basadas-en-metamateriales.html

Eurix Janeth Gómez V
CI 18392113
ESS