Nanotecnología

Por Álvaro Hernández Romero

Smartphones , bicis eléctricas,  el número de dispositivos móviles, está en continuo crecimiento en todo el mundo. Como consecuencia de ello, se han incrementado las necesidades de baterías cada vez más pequeñas y a su vez más eficientes. En el campo de las baterías de iones de litio, los científicos por ello están intentando avanzar en baterías como Litio-azufre

Un equipo dirigido por el profesor Thomas Bein de la universidad  Ludwig Maximilian de Munich y Nazar Linda de la Universidad de Waterloo de Canadá, han desarrollado un tipo de nanopartículas porosas de carbono, que usarán las moléculas de azufre para conseguir la mayor efectividad posible.

En los prototipos de baterías de Litio-Azufre, los iones litio, se intercambian entre electrodos de Litio y Azufre-Carbono.

El azufre juega un papel fundamental en éste sistema. Bajo circunstancias óptimas, puede absorber dos iones de litio por cada átomo de azufre.  Por lo tanto podríamos decir que son un excelente almacenador de energía debido a su bajo peso.

Al mismo tiempo el azufre es un conductor bastante pobre, es decir los electrones se transportan con bastante dificultad en los procesos de carga y descarga. Para mejorar esto, los científicos, han generado fases de azufre cuyo área interfacial sea la mayor posible para la transferencia de electrones mediante el acoplamiento con un material conductor nanoestructurado.

Se ha desarrollado una red de nanopartículas de carbono poroso, donde las nanopartículas poseen de 3 a 6 nanometros de anchura de poro, permitiendo que el azufre se distribuya de forma uniforme. De ésta forma la mayoría de átomos de azufre están disponibles para aceptar iones de litio. Al mismo tiempo están localizados cerca de un carbono conductor.

En éstos nuevos dispositivos, el azufre es muy accesible eléctricamente gracias a las nanopartículas de carbono altamente porosas, y por otro lado, también se estabiliza, de manera que se puede llegar a una capacidad inicial de 1200mAh/g y poseen alta estabilidad cíclica.

La estabilidad del carbono también reduce el problema de los polisulfuros. Los polisulfuros forman productos intermedios en los procesos electroquímicos y esto puede tener un impacto negativo en la carga y descarga dela batería. La red de carbono se encarga de estabilizar y unir los polisulfuros . A su vez se recubre el carbono con una capa delgada de óxido de silicio de tal forma que se protege a los polisulfuros sin reducir la conductividad.

El material posee el mayor volumen de poros internos (2,32cm3/g) de todas las nanopartículas de carbono mesoporosas y una superficie muy grande de 2445m2/g. es como si tuviésemos un volumen de un terrón de azúcar y la superficie de diez canchas de tenis. Esto pronto podrá pertenecer a alguna de nuestras baterías.

http://www.azom.com/news.aspx?newsID=32633

Por Alejandro Ordóñez Fontes

Universidad de California, un grupo de ingenieros eléctricos están construyendo un bosque de “nanotrees” con el fin de capturar energía solar de forma limpia sin usar combustibles fósiles. Estos diminutos “nanotrees” son capaces de transformar el agua en combustible de hidrógeno, a partir de la energía solar, y sin necesidad de usar combustibles fósiles.

Estos ‘nanotrees’ están formados por abundantes materiales naturales como el silicio y el óxido de zinc, por lo que ofrecen un medio económico para entregar combustible hidrógeno a gran escala. “Es una manera limpia de genera combustible”, afirma Deli Wang, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computadores en la UC San Diego Jacobs School.

La estructura vertical de estos árboles y sus ramas, son clave en la captura de la máxima cantidad de energía solar. Ya que las superficies planas simplemente la reflejan. Es una estructura similar a los fotorreceptores situados en la retina del ojo humano. En las imágenes que se toman de la Tierra desde el espacio, la luz se refleja en las superficies planas como océanos o desiertos, mientras que los bosques aparecen correctamente. Esta estructura vertical además maximiza la producción de gas de hidrógeno,“Por ejemplo, en la superficie plana del fondo de una olla de agua hirviendo, las burbujas debe ser grande para llegar a la superficie. En la estructura nanotree, las burbujas de hidrógeno se puede extraer aun siendo muy pequeñas mucho más rápido”,”Además, con esta estructura, hemos mejorado, por lo menos 400.000 veces, el área de superficie para las reacciones químicas”, dijo Sun.

El equipo de Wang ha imitado esta estructura en su “3D branched nanowire array” que utiliza un proceso llamado ‘photoelectrochemical water-splitting’ para producir hidrógeno en forma de gas. Water-splitting hace referencia al proceso de separación de agua en oxígeno e hidrógeno. Los procesos actuales que realizan esta función se basan en electricidad procedente de combustibles fósiles.

“El hidrógeno está considerado como combustible limpio ya que no emite carbón, en comparación con los combustibles fósiles. La tecnología actual permite obtener hidrógeno pero no de una forma limpia”, comenta Ke Sun, estudiante de doctorado que dirige el proyecto.

Referencias Universidad de San Diego

Por Alejandro López Mohedano

Empecemos por su definición: “Tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor”.

Desde  las primeras aplicaciones de  los motores de combustión interna, a la época actual, vemos que el desarrollo se ha venido centrando en el perfeccionamiento de las factorías para producir más y mejores motores, e igualmente se ha venido desarrollando paralelamente materiales, lubricantes, procesos de fabricación e igualmente modificaciones al funcionamiento.

La nanotecnología se está aplicando a muchos campos, y como no, uno de dichos campos es el que vamos a tratar: los motores de combustión.

Para este caso en particular vamos a usar los nanotubos de carbono. El objetivo es disminuir el consumo de los motores, es decir, mejorar su rendimiento.

Esta mejora del rendimiento es provocada al reducir el rozamiento entre los pistones y el bloque del motor, disminuyendo las pérdidas energéticas térmicas.

Hasta ahora entre los pistones y el bloque del motor se ha colocado una camisa ya que sino el desgaste sería directamente del bloque del motor y su reemplazamiento sería más costoso.

Los componentes usados hasta ahora han sido camisas de acero o de Nikasil de unos pocos milímetros de espesor.

La aplicación de la nanotecnología es precisamente en estas camisas, que son recubiertas de hilos de nanotubos de carbono que son unidos por medio de electrólisis y son rociados en el interior de estas camisas.

Estos nanotubos quedan adheridos en forma de nanocristales, de manera que los pistones suben y bajan si registrar apenas fricción, pasan de la misma manera que a nosotros una pastilla de jabón cuando queremos cogerla con las manos mojadas.

Esta capa posee unas dimensiones de tan solo 0,1 a 0,15 milímetros de espesor.

El resultado es una reducción de la pérdida de energía por el roce del 50%

Como ventajas podemos destacar:

• Una disminución de fricción que conlleva una disminución de consumo.
• Estos nanotubos presentan microporos en los que se deposita el lubricante para así disminuir aun más la fricción.
• Debido a la conductividad térmica de los nanotubos puede llegar a ser tan alta como 6.000 W/mK a temperatura ambiente (téngase en cuenta, por comparar con otra forma alotrópica del carbono, que el diamante casi puro transmite 3.320 W/mK) también hace una mejora de la refrigeración transmitiendo así el calor generado de un forma mucho más rápida pudiendo hacer trabajar los motores en un rango de temperatura mucho más exacto, prolongando la vida de éste.
• Como resultado hace que estas piezas tengan una mayor durabilidad debido a que la fatiga tarda mucho más en aparecer.
• La superficie generada es similar a la de un espejo debido a su brillantez y su capacidad de reflexión.
• Otro de los beneficios de esta tecnología es que, al necesitarse componentes más finos, se logra una reducción de peso en el motor de unos 4,3 kg. En total, el ahorro de combustible que genera se cifra en un 3%.

Otros enlaces de interés con más información:

http://www.automocionblog.com

http://www.nanotubosdecarbono.com

http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/diccionario/nanotubos.htm

Investigadores del MIT desarrollan un nuevo uso del grafeno recubierto con nanohilos.

Investigadores del MIT han producido un nuevo tipo de células fotovoltaicas basadas en capas de grafeno flexible recubiertas con nanohilos. La investigación podría generar células solares de bajo precio, flexibles y transparentes que podrían ser utilizadas en, por ejemplo, ventanas, tejados u otras superficies expuestas a radiación solar. Este tipo de células solares se engloban en el grupo de las thin films.

Las células solares con alto rendimiento de hoy día están hechas en base silicio, por lo que continúan siendo bastante caras puesto que el silicio se fabrica con una altísima pureza y se procesa para lograr monocristales de muy bajo espesor. Por esta razón se buscan alternativas como células solares basadas en nanoestructuras o híbridas; un ejemplo es el ITO, óxido de indio y estaño, usado en la fabricación de células solares como electrodo transparente.

 “El ITO  es el perfecto material para la fabricación de electrodos transparentes”, es lo que sugiere Gradečak ; como en las pantallas táctiles de los Smartphone. Pero el indio es un material de alto coste mientras que el grafeno se constituye de carbono. La alternativa que propone Gradečak debe ser de bajo coste y generar nuevas ventajas incluyendo flexibilidad, bajo peso y buenas propiedades químicas y mecánicas.

Construir semiconductores directamente en una capa limpia de grafeno sin perjudicar su conductividad eléctrica y propiedades estructurales ha sido la meta a seguir debido a la estructura estable del grafeno. En el equipo de investigación han utilizado recubrimientos de polímeros P3HT para modificar sus propiedades, permitiéndoles utilizar una capa de nanohilos de óxido de estaño e indio para generar un material que responda a ondas de luz.

Los investigadores aseguran que a pesar de las modificaciones causadas por los recubrimientos, las propiedades del grafeno se mantienen intactas, dotando al material de numerosas ventajas como material híbrido. Se ha demostrado que los dispositivos de base grafeno se pueden comparar en cuanto a eficiencia a los realizados en ITO. Además, a diferencia de los semiconductores crecidos a alta temperatura, la solución basada en deposición de nanohilos de óxido de estaño e indio sobre grafeno, se puede llevar a cabo a temperaturas inferiores a 175°C. El proceso de fabricación a gran escala se realiza mediante un proceso de sintetizado por CVD (deposición química en fase vapor) donde los polímeros cubren al grafeno en capas. Los investigadores afirman que el tamaño no es un factor que limite el proceso y el grafeno puede fabricarse en forma plástica o cristalizada.

Ésta producción a gran escala no ha sido probada por el momento, siendo media pulgada el máximo tamaño producido pero los investigadores no creen que la gran escala sea el problema del proceso, llegando a afirmar que en un par de años se podrían encontrar dispositivos en el mercado basados en este tipo de tecnología. Por otro lado, son varias las voces que se alzan para poner un cortapisas a este nuevo material, alegando que los posibles avances están todavía en el aire y queda un largo camino para encontrar una calidad adecuada que garantice el logro de este material; todo ello sin menospreciar las aplicaciones logradas por este grupo de investigadores.

La imagen muestra la estructura de capas del nuevo elemento, comenzando con una capa flexible de grafeno. Una capa de polímero lo recubre y posteriormente una capa de nanohilos; finalmente, una capa de un material que pueda atrapar la energía solar como por ejemplo puntos cuánticos o un material de base polimérica. Cortesía del grupo de investigación.

Los electrones tienen una propiedad cuántica denominada spin que determina los momentos magnéticos de dichas partículas. Desde hace unos años se viene investigando en el uso de esta propiedad de los electrones con propósitos de computación en lugar de usar su carga eléctrica como hasta ahora. Se ha conseguido dar un gran paso hacia el desarrollo de nuevos chips microelectrónicos de silicio que empleen una fracción de la potencia energética que usan los actuales gracias al uso de la spintrónica.

Un grupo de investigadores dirigidos por Ian Appelbaum de la Universidad de Delaware en Newark (EEUU) ha conseguido la primera demostración de transporte y manipulación coherente del spin de electrones en silicio. El spin de los electrones puede ser manipulado bajo un campo magnético sin que se produzca mucha disipación. Usando este sistema se consumiría mucha menos energía y se disiparía menor calor. La idea es alcanzar un control sobre el spin de los electrones similar al que se tiene actualmente sobre la carga de los mismos.

En el nuevo chip de demostración, y no operacional, estos investigadores han conseguido inyectar electrones desde una capa de aluminio a una de silicio cristalino puro a través de una película delgada de material

ferromagnético. Después de la inyección los electrones en el silicio están sometidos a un campo magnético obligándolos a la precesión y desfase del spin de los mismos. Esto permite demostrar que el transporte se ha realizado con éxito.

El NANO Supermarket presenta posibles productos de la nanotecnología que pueden salir a la venta en los próximos diez años: caramelos medicinales, pintura interactiva para pared, un vino cuyo gusto puede ser alterado con microondas, un implante de Twitter, un spray de seguridad invisible y mucho más.  El debate que provoca la nanotecnología es interpretado por diseñadores, tecnólogos y artistas de todo el mundo. Ellos son seleccionados por un jurado de expertos en nanotecnología y expertos en diseño. Los productos propuestos son innovadores y útiles, así como extraños e inquietantes. Funcionan como futuros escenarios del potencial de la nanotecnología, lo que permite decidir qué futuro queremos realmente para lo nano.

Aquí podéis ver un anuncio de los productos de los que disponen:

Algunos ejemplos de la productos que proponen son:

Wallsmart - Interactive wallpaint

Esta pintura le da la libertad para cambiar el color de sus paredes con sólo pulsar un botón. Sólo hace falta pintar una vez cualquier superficie con el producto y las nanoparticulas en la pintura le darán la opción de cambiar de color, eligiendo desde el programa de ordenador de control. Si se hartan de su elección sólo deben elegir un color diferente y las paredes cambiarán al instante en el tono deseado.

Tecnología empleada: nanorods magnéticos

NanoSock - Self dressing sock

Un montón de gente de edad avanzada experimentan la pérdida de flexibilidad. Esto significa en la práctica una gran cantidad de problemas prácticos. Uno de ellos, por ejemplo, es levantar las piernas para ponerse los calcetines cuando se viste. Muchas personas mayores tienen que depender de ayuda externa para prepararse para el día. Esto es algo que socava su sentido de independencia y su dignidad en general. El calcetín nano ofrece una solución a este problema. A través de minúsculas partículas que se mueven en la tela, el calcetín se estira solo sin ninguna ayuda. La energía para hacer esto se genera por completo a través del movimiento del propio calcetín que genera electricidad estática que permite el movimiento de las partículas.

Tecnología empleada: Sistemas nano electro-mecánicos

Programmable wine

Cada plato de una cena de lujo debe ir acompañado de un vino suave. Pero ¿por qué comprar por separado cada vino diferente cuando se pueden llevar todos en una sola botella? El Vino Nano es un producto básico de uva que se mezcla con cápsulas de tamaño nano que aportan el sabor. Cuando se expone a microondas, estas cápsulas liberan su sabor. Una potencia diferente y la duración de la exposición crea un tipo diferente de vino. Sólo tiene que abrir las cápsulas de vainilla cuando quiera probar un vino de Australia. Las de trufa te ponen en un ambiente típico italiano y para un suave Merlot no se tiene que hacer nada.

Tecnología empleada: Nanopartículas

Se trata de una iniciativa promovida por Next Nature y la Universidad de Tecnología de Eindhoven. Hasta el 31 de mayo está abierta la convocatoria para la presentación de nuevos productos. Si estás por Holanda, puedes ver una exposición en Rotterdam el próximo 17 de mayo.

Por Meritxell Ruiz Andrés

Uno de los problemas actuales de la sociedad es el excesivo consumo de energía que generamos y del que, en gran parte, no somos conscientes. Bien es sabido que consumir energía es sinónimo de  vivir, es decir, de movimiento, de transformación, de evolución, pero siempre dentro de unos límites ajustados a nuestras necesidades, de modo que con dicho consumo se trate de aprovechar al máximo las posibilidades contenidas en la energía.

A lo largo de la historia, el ser humano se ha beneficiado, despreocupadamente, de estas necesidades energéticas extraídas de la Tierra, con la combustión de carburantes fósiles, como carbón, petróleo y gas natural. Pero los excesos no son buenos, por lo que cuando estos límites se sobrepasan, nos encontramos ante una situación perjudicial que debemos solventar tomando medidas de prevención para atenuar los efectos negativos, ya que los recursos naturales se agotan.

Es en estos casos cuando el ingenio se agudiza y la ciencia cobra sentido investigando, desarrollando, innovando, en definitiva, dando soluciones. Así pues, la creación de nuevos dispositivos que ayuden a respetar el medioambiente, aprovechando racionalmente los bienes del planeta, como es la energía solar,  eólica y/o  hidráulica, es el objetivo principal.

La radiación solar constituye la principal fuente de energía renovable a nuestro alcance, pero posee un gran inconveniente y es el de no disponer de sistemas eficientes de captación y/o transformación.

Sin embargo, se ha evolucionado en algunos campos como por ejemplo en la denominada edificación bioclimática (http://www.solartec.org/SVbioclimatica.htm), que consiste en diseñar edificios teniendo en cuenta la situación meteorológica  de la zona donde se vaya a construir, haciendo uso de materiales que saquen un máximo rendimiento a la radiación solar y en la que las herramientas para conseguir un mayor confort son dispositivos como las ventanas inteligentes, baterías y placas solares.

Las ventanas inteligentes forman parte de estos dispositivos de nueva generación y su funcionamiento está directamente relacionado con películas delgadas de óxido de wolframio que son considerados, a su vez, materiales inteligentes, con capacidad de activarse como sensores mediante la luz solar o la temperatura y dar una respuesta térmica.

Las películas delgadas de trióxido de wolframio (WO3) poseen propiedades electrocrómicas (http://e-archivo.uc3m.es/bitstream/10016/3197/1/nuevos_materiales_electrocromicos2.pdf) que consisten en un cambio de coloración de la película al ser sometida a una diferencia de potencial.

La técnica de obtención de estas películas delgadas de WO3 se realiza mediante el procedimiento de sol-gel (http://www.solgel.com/), mejorando sus propiedades y abaratando los costos de producción.

Las ventajas  de esta técnica residen en la química básica, así como en el proceso práctico y la posibilidad de obtener vidrios y sólidos amorfos singulares, es decir, con propiedades muy superiores a las que fuera del intervalo normal de formación del vidrio o con estructuras muy diferentes de las encontradas con frecuencia.

El proceso puede llevarse a cabo mediante dos vías diferentes, esto es, a partir de suspensiones coloidales de sílice, o bien mediante hidrólisis (http://www.quimica.aeok.org.ar/Materias/Quinto/QACl/Qacl-1/Hidrolisis.pdf) de los precursores moleculares y policondensación a una forma vidriosa (matrices amorfas). Siendo ésta última forma la utilizada para crecer el WO3.

Estas películas delgadas de WO3 se preparan sobre sustratos de vidrio recubiertos con óxido de indio-estaño (ITO) con WO6 como precursor y alcohol isopropílico como solvente. La aplicación de estas películas por el método de sol-gel suele realizarse por rotación de sustratos o spin-coating (http://www.cpmt.org/mm/pkglab/theory/spin_theory.html), que consiste en crecer las capas a medida que hacemos girar el sustrato con una velocidad constante y así conseguir el esparcimiento de la solución. Una vez obtenido el material (la capa) se le da un tratamiento térmico (entre 500 y 700ºC, debido a que la temperatura incrementa el tamaño de los granos y la porosidad) a presión constante de modo que obtengamos el espesor deseado, no superior a 5 µm.

Del mismo modo, en las células solares  se crecen capas de diversos óxidos puesto que éstos  son capaces de incrementar la eficiencia de conversión del dispositivo. Una de las necesidades actuales es el hecho de reducir sustancialmente el costo de estas placas, de modo que se buscan materiales y/o técnicas de fabricación que se adecuen a estas circunstancias. Pues bien, las películas delgadas de  CU2O crecidas mediante el procedimiento del sol-gel resuelven esta cuestión, es decir, se consiguen abaratar el presupuesto y además, se consiguen eficiencias de conversión de la energía solar en energía eléctrica elevadas.

La preparación de estas capas de Cu2O también sigue el método de la rotación del sustrato, es decir, se crece dicho óxido sobre un sustrato de ITO (al igual que el WO3), con una solución de acetato monohidratado de Cu (II), mezclado con monoetanolamina y agua desionizada, a una velocidad constante y un tratamiento térmico posterior para asegurar la distribución homogénea en el crecimiento.

Así pues, tanto el WO3 como el Cu2O, son óxidos peculiares que, crecidos siguiendo el mismo proceso tecnológico y económico, son capaces de ahorrar energía, puesto que aumentan la eficiencia de los dispositivos de los que forman parte,  utilizando como fuente de alimentación el Sol.

Por Diana Jeréz Delgado

El ZnO presenta la mayoría de las configuraciones de nanoestructuras (http://www.nanoscience.gatech.edu/paper/2004/04_JP_1.pdf) que un material puede formar, como nanohilos, nanocintas, nanoanillos, nanoespirales, etc. Existen varios métodos de crecimiento, desde los mecanismos Vapor-Sólido o Vapor-Líquido-Sólido, que son los más utilizados, hasta métodos de crecimiento (http://www.cchem.berkeley.edu/pdygrp/pub_files/pubpdf/056.pdf) en los que se pueden controlar varios parámetros como la orientación, posición, diámetro y morfología de las nanoestructuras.

Una de las aplicaciones más importantes del ZnO es su utilización en láseres ultravioletas “UV” a temperatura ambiente. El intervalo de energías prohibidas “gap” del ZnO se encuentra en 3.37 eV. Por tanto, es un semiconductor transparente en el espectro visible y su emisión se encuentra en el espectro UV. Además la energía del excitón es 60 meV, muy superior a la energía térmica a temperatura ambiente cuyo valor es 26 meV, por lo que se puede utilizar a temperatura ambiente.

Al igual que otros muchos óxidos semiconductores, el ZnO también se utiliza en nanosensores de gases. Éstos están basados en cambios en la conductividad eléctrica del óxido semiconductor. Cuando una molécula de un gas se deposita sobre la superficie de una nanoestructura, cambia su conductividad de la superficie ya que la molécula atrapa electrones de la banda de conducción de la nanoestructura.

La  piezoelectricidad (http://www.nanoscience.gatech.edu/paper/2006/06_SCIENCE_1.pdf) aparece en materiales no centrosimétricos como es el caso del ZnO. La estructura más estable del ZnO es la wurtzita cuya celda unidad presenta una estructura hexagonal compacta. Un material es piezoeléctrico si al deformarlo de forma mecánica obtenemos una señal eléctrica, o viceversa. Este comportamiento se observó al realizar un experimento con un microscopio de fuerza atómica (AFM). Se crecieron nanohilos alineados de ZnO sobre un sustrato de Ag. Sobre la punta de este microscopio se colocó un sistema de medida eléctrico. Se observó que cuando esta punta deformaba los nanohilos, en el sistema de medida se leía una señal eléctrica. A partir de esta propiedad, los nanohilos de ZnO se pueden utilizar como nanogeneradores de señal de 6 mV aproximadamente.

El ZnO se puede dopar tipo n y p, aunque es más difícil doparlo tipo p. Si se dopa con Mn, Co o Fe presenta ferromagnetismo. Algunas nanoestructuras pueden presentar ferromagnetismo a pesar de que el material masivo no lo presente. El motivo reside en que al disminuir el tamaño, muchos de los átomos se encuentran en la superficie. Estos átomos superficiales tienen su espín descompensado y puede ocurrir que se forme un momento magnético permanente que dé lugar al comportamiento ferromagnético  (Appl. Phys. Lett. 79, 988 (2001)).

Por último, el ZnO es biocompatible, biodegradable y no tóxico, por lo que tiene aplicaciones en biomedicina.

                La conductividad del ZnO se ve afectada cuando el material está expuesto al aire o a ambientes corrosivos. De hecho, en la serie galvánica que es una medida de la facilidad que tienen los materiales para sufrir el proceso de corrosión, el Zn es el segundo elemento con más facilidad a presentar corrosión. Cuando el ZnO se dopa con cationes metálicos como Al, In, Cd, Ga, Sn, etc., su conductividad puede variar catorce órdenes de magnitud: desde 10^-10 (Ωcm)^-1 hasta valores muy altos como 10⁴ (Ωcm)^-1. Además de mejorar la conductividad, estos dopantes hacen que el semiconductor presente una alta transmitancia en el rango visible del espectro.

                En el caso de que el ZnO esté dopado con In, la conductividad admite un valor de 0.05 (Ωcm)^-1 y la transmitancia es del 80% en el espectro visible. Por su parte, en el caso del Al, la conductividad alcanza valores de 10⁴ (Ωcm)^-1 y su transmitancia es de 90%.

                En cuanto a las aplicaciones del ZnO dopado, la posibilidad de mejorar la conductividad con dopantes, hace que los sensores de gases basados en ZnO sean más sensibles a la concentración de gases. Además se pueden utilizar en dispositivos electrónicos y optoelectrónicos como las células solares (http://www.physics.ucf.edu/~lc/SEMSC-2009-Final.pdf). Se ha comprobado que células solares construidas a partir de ZnO dopado con Al tienen una eficiencia del 18.8%.

Por Diego López

Los motores rotativos convencionales pueden ser bastante complejos y por lo tanto difíciles de miniaturizar. Hasta ahora, los músculos artificiales hechos de nanotubos de carbono podían proporcionar la contracción y la curvatura necesarias, más no la rotación. Recientes investigaciones han demostrado que un electrolito lleno de hilados de nanotubos de carbono (más delgados que un cabello humano) podría funcionar como un músculo artificial de torsión en un sencillo sistema de tres electrodos electroquímicos. Los experimentos han alcanzado una rotación reversible de 15.000° y 590 revoluciones por minuto. Este desarrollo podría ser útil para robots y prótesis médicas.

Fig. 1. Un microscopio electrónico de barrido muestra un hilo de carbono de 3,8 micrómetros de diámetro de nanotubos que se retuercen cuando está conectado a un electrodo y sumergido en un líquido conductor (Universidad de Texas en Dallas)

Fig. 2. Hilo de nanotubos de carbono de 15 micrómetros de espesor, el cual hace girar una paleta de ida y vuelta para mezclar el agua teñida de azul y amarillo (Universidad de Texas en Dallas).

Los músculos artificiales se han hecho típicamente de polímeros y metales que cambian de tamaño y forma. Otro tipo de músculo artificial se basa en elastómeros dieléctricos. Pero para ser realmente útiles, estos materiales tienen que torcerse o girar cuando se aplique una corriente eléctrica, y muy pocos de los materiales creados hasta ahora, pueden hacerlo.

Estos nuevos músculos (fibras de nanotubos de carbono enrollados en un hilo (Fig. 1)) pueden producir tanto torque o fuerza de torsión como los motores eléctricos comerciales.

El hilo formado por nanotubos de carbono enrollados podría producir nuevos usos y aplicaciones. Podría ayudar a miniaturizar los motores eléctricos, compresores y turbinas; pequeñas bombas basadas en un actuador giratorio que podrían integrarse en chips de laboratorio, los cuales, utilizan actualmente grandes bombas externas.

Ray Baughman, director de la investigación y del Instituto de Nanotecnología de la Universidad de Texas en Dallas, afirmó que: "Esta es una manera nueva y fascinante para proveer torsión".

En un artículo publicado en la revista Science, los investigadores muestran que el nuevo hilo puede hacer girar una paleta 1.800 veces más pesada que el mismo hilo a 590 revoluciones por minuto. Han demostrado como un simple dispositivo basado en este concepto podría ser utilizado para mezclar dos líquidos en un chip de micro fluidos. Un hilo de 15 micrómetros de ancho, podría hacer girar una paleta que fuese 200 veces más ancha y 80 veces más pesada que él mismo hilo hasta una vuelta por segundo (Fig. 2).

Baughman y sus colegas, han hecho músculos basados en nanotubos de carbono 100 veces más fuertes que los músculos naturales y más flexibles que el caucho. Los investigadores crearon el hilo por crecimiento de nanotubos de carbono, cada uno de alrededor de 400 micrómetros de alto y 12 nanómetros de ancho. Luego los giraron juntos hasta formar paquetes de menos de 10 micrómetros de espesor.

Para crear el movimiento de torsión, el hilo se conecta a un electrodo y se sumerge en un electrolito. Los iones del electrolito penetran en el hilo, lo que provoca que se hinche y luego  se contraiga y gire a lo largo de su longitud.

La combinación de simplicidad mecánica, alto nivel de torsión, la alta velocidad de rotación y un tamaño micrométrico del hilo, sugieren aplicaciones tales como bombas de micro fluidos, unidades de válvulas y mezcladores; aparte de las ya mencionadas aplicaciones a mayor escala en robótica y prótesis.

Videos:

http://www.youtube.com/watch?v=CSvdq2fmSq0

http://www.sciencemag.org/content/suppl/2011/10/12/science.1211220.DC1/1211220s1.mov

http://www.sciencemag.org/content/suppl/2011/10/12/science.1211220.DC1/1211220s2.mov

Fundamento teórico y técnico:

http://www.sciencemag.org/content/suppl/2011/10/12/science.1211220.DC1/Foroughi.SOM.pdf

Link interesante de grupo de investigación de la NASA:

http://eap.jpl.nasa.gov/

El 24 y 25 de abril se va a celebrar en la Real Academia Nacional de Farmacia un Simposio Internacional sobre fármacos, nanomedicina y biomateriales.

Este Simposio versará sobre fármacos, nanomedicina y biomateriales, como lugar de encuentro en la búsqueda y consecución de un objetivo común: remediar el dolor, la enfermedad, y el deterioro de nuestros cuerpos, en aras de la consecución de una mejor calidad de vida. Se desarrollarán ponencias sobre como:

• Diseñar nanoestructuras para mejorar la administración de fármacos.

• Evitar efectos secundarios no deseados durante la administración de fármacos citotóxicos.

• Diseñar nanopartículas como elementos para dispositivos destinados a lograr una liberación de fármacos altamente tóxicos, de forma que se dirijan directamente hacia los tumores, y de esta forma se consigan emplear dosis adecuadas, mínimas con respecto a las empleadas en quimioterapia, que garanticen la muerte de las células tumorales sin afectar a las sanas.

• La nanotecnología se está desarrollando de forma acelerada e incesante hacia la prevención y tratamiento de enfermedades infecciosas y agresivas que no se pueden tratar con éxito con las técnicas convencionales.

• Los avances incesantes en la preparación de nanosistemas con aplicaciones en el campo de la medicina han dado lugar a nuevos retos en el diseño de materiales inteligentes capaces de responder a las exigencias clínicas.

• Diseñar dispositivos y técnicas para lograr imágenes del tejido tumoral.

• Fabricar, cuando sea necesario, piezas de repuesto para el cuerpo humano utilizando la ingeniería de tejidos y la terapia celular.