Nanotecnología

La nanotecnología es la ciencia que trata de controlar y modificar la materia a escala nanométrica, es decir, a escala molecular. Dentro de la nanotecnología, se están haciendo grandes avances en lo que se refiere a la formación de nanoestructuras, y en particular a la formación de nanohilos. Los campos en los cuales se están aplicando son muy diversos, y van desde la producción de una nueva generación de LED, hasta la aplicación de nanohilos de Plata en dispositivos capaces de detectar explosivos.

Uno de los avances producidos por los nanohilos que más eco ha tenido recientemente, ha sido la aplicación de nanohilos de silicio en baterías de Litio produciendo un aumento en su capacidad de carga, realizado en la Universidad de Stanford.

En un principio las baterías recargables eran principalmente de Níquel-Cadmio (NiCd) y Níquel e Hidruro metálico (NiMH). Más tarde se empezaron a utilizar las baterías de iones Litio, las cuales son mucho más ligeras y poseen una mayor carga almacenada por unidad de volumen:

Otro factor importante es que no poseen la memoria de carga, la cual reducía la carga almacenada por la batería al realizar cargas incompletas.

Uno de los problemas que se tuvo que solventar antes de su comercialización era la obtención de un ánodo que no fuera tan reactivo (en un principio era de Li-metálico). Lo que desemboco en el desarrollo de electrolitos poliméricos y en la utilización de ánodos con una menor reactividad pero con una alta capacidad de almacenamiento de iones-litio, en la actualidad se utilaza el carbono en forma de grafito.

Otro de los elementos que se trato de utilizar como ánodo fue el silicio (Si), ya que es uno de los semiconductores mas utilizados gracias a su fácil obtención, y además posee una mayor capacidad de almacenaje que el carbono. Lo cual le convertía en un buen candidato. El problema de la utilización de este elemento es que en el proceso de almacenamiento y liberación de los iones-litio el Silicio es sometido a unas fuerzas de dilatación (en la captación de iones) y de compresión ( en la liberación de los iones) que producía una disminución drástica de su ciclo de vida.

En la actualidad este problema parece que se ha superado gracias a la aplicación de la nanotecnología, según ha publicado la Universidad de Stanford.

Para evitar la degradación del silicio en el proceso de dilatación y compresión han desarrollado unos nanohilos de Silicio, los cuales se obtienen a partir de un sustrato de acero inoxidable. Estos nanohilos conforman una especie de maraña la cual almacenara los iones-litio. Al almacenarlos los nanohilos aumentan aproximadamente cuatro veces su tamaño pero con la ventaja de que en este caso no sufren fracturas, lo que provoca que no se acorte el ciclo de vida de la batería.

Debido a la mayor capacidad de almacenamiento de los iones-litio por parte del Silicio, las baterías verían aumentada en 10 veces su capacidad de carga, es decir, antes una batería de ion-litio de un portátil duraba aproximadamente 2 horas, con estas nuevas baterías duraría alrededor de 20 horas.

Por lo tanto no nos extrañe que en un periodo no muy largo de tiempo esta nueva generación de baterías llegue al mercado, lo que supondrá no solo una mejora en el rendimiento de muchos aparatos electrónicos, sino que supondrá una nueva forma de almacenar la energía, la cual podrá abrir la puerta a otras formas de producir energía que en la actualidad no es del todo viables debido a que su almacenaje no es satisfactorio.

En principio puede resultar un tanto extraño relacionar las pasarelas de moda con un avance tan solemne en cuanto a ciencia se refiere. Estamos acostumbrados a asociar nanotecnología con complicados aparatos electrónicos como transistores, láseres, LED, células solares…sin embargo actualmente esta disciplina alcanza límites insospechados tratando con campos tan diversos como en este caso la moda.

En la revista Sciencedayly apareció publicado un artículo el 7 de Mayo de 2007, el cual informaba acerca de un nuevo tejido formado por nanopartículas de plata, oro y paladio consiguiendo una prenda que no hay que lavar que resiste la acción de virus pudiendo evitar resfriados y gripe, destruye los gases dañinos y protege al que la lleva del smog y la contaminación del aire y cambia de color tela que frena la acción de los virus y las bacterias, cambia de color, por lo que además promete revolucionar otros campos, como el de la salud. 

Este trabajo ha sido llevado a cabo por profesionales de distintas áreas, por una parte la diseñadora Olivia Ong (“Department of Fiber Science and Apparel Design del College of Human Ecology”), y por la parte científica el profesor colombiano Juan Hinostroza y su investigador postdoctoral Hong Dong (Universidad de Cornell). Entre las prendas fabricadas están un vestido de oro y una chaqueta tejana metálica que fueron presentadas en el desfile de moda de la Cornell Design League, no obstante también forman parte de esta colección pantalones, abrigos y hasta una bufanda que ayuda a proteger cara y cuello de posibles infecciones.

Los científicos explicaron que el único color que presentan estas prendas es debido a la disposición de las nanopartículas sobre el textil así como su tamaño, dependiendo de estos dos parámetros la luz se refleja de distinta forma aportando colores vistosos. El método de fabricación de los tejidos se llevó a cabo empapando los mismos en disoluciones que contenían las nanopartículas anteriormente citadas y previamente sintetizadas en el laboratorio de Hinostroza. 

En cuanto al vestido se refiere, la capa superior contiene algodón cubierto por nanopartículas de plata. En primer lugar, Dong, induciendo un proceso de ionización, mediante reacciones entre grupos epoxi y amonio consigue tener las fibras de algodón cargadas positivamente. Posteriormente al sumergir el algodón con carga positiva en la disolución de nanopartículas de plata con carga negativa se produce la adhesión de las mismas a las fibras de algodón. 

La nanociencia una vez más nos sorprende, la plata posee unas cualidades antibacterianas que se ven potenciadas a nanoescala, proporcionando defensa ante numerosos virus y bacterias dañinos. 

Otra de las prendas diseñadas, una chaqueta tejana, fue fabricada de la misma forma que el vestido, las fibras de algodón cargadas positivamente se ponen en contacto con cristales de paladio (5-10 nm de largo) cargados negativamente. La chaqueta protege de la contaminación del aire o polución de las grandes ciudades pudiendo resultar de gran beneficio a personas con alergias. 

Aunque ya hay muchas compañías de moda interesadas en este tipo de tejidos, el Departamento de Defensa de los Estados Unidos también parece interesado en la inversión del desarrollo de este tipo de telas en aplicaciones militares. 

Estas prendas de algodón con super cualidades jamás vistas tienen ciertos inconvenientes, sobre todo su precio, ya que unos 90 cm² cuestan alrededor de 10000 dólares (unos 7400 euros). Es posible que el elevado valor añadido que presentan se deba a lo complicado que es manipular estos diminutos materiales, se necesitan equipos muy sofisticados y costosos para trabajar con ellos pues no superan los 100 nanómetros. Si usted no está familiarizado con esta escala sepa que un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro.

Fig1.- La parte superior del traje está hecha de algodón recubierto de nanopartículas de plata que desactivan bacterias y virus. La capucha, las mangas y los bolsillos de la chaqueta contienen nanopartículas de paladio que actúan como diminutos conversores catalíticos para acabar con los componentes dañinos de la polución.

Pero aparte de explotar sus propiedades de luminiscencia, hay que tener en cuenta que el silicio nanoporoso tiene una gran superficie específica, lo que le confiere una alta reactividad química, así como una gran facilidad de oxidación. Esto hace que sobre su superficie puedan adsorberse moléculas y distintas especies, provocando un cambio en sus propiedades eléctricas, por lo que puede utilizarse como sensor de gases, humedad, pH, o biológico.

La idea de un sensor biológico es distribuir sobre la superficie una serie de captadores que sean capaces de detectar la presencia de un cierto tipo de molécula (figura 1). La inmovilización de moléculas biológicas sobre una superficie puede llevarse a cabo mediante un enlace covalente o un proceso físico de adsorción. Esta última técnica de enlace no covalente entre la molécula y la superficie se basa en interacciones iónicas, puentes de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals o interacciones hidrofóbicas. No obstante, este tipo de interacciones es bastante débil, y las moléculas se pueden desorber con un simple cambio de pH, de temperatura o de fuerza iónica del electrolito. Por tanto, para la utilización del silicio como detector biológico es más adecuado emplear un mecanismo de anclaje covalente.

                                  Figura 1

Las aminas, bases estructurales de las proteínas, son moléculas orgánicas que poseen un esqueleto carbonado y dos grupos funcionales, una amina –NH₂ y un ácido carboxílico –COOH. El método de anclaje de proteínas sobre la superficie se basa en reacciones de los grupos amina y diferentes compuestos químicos (figura 2: anclaje de la inmunoglobulina IgG a la superficie del silicio poroso oxidado vía la molécula DGA o EDAC, [2]). Para comprobar si la molécula captadora elegida sirve como detector de la proteína, se utilizan medidas de fluorescencia de la muestra de silicio sumergida en un medio acuoso. Partiendo de una muestra patrón no funcionalizada y teniendo en cuenta que las proteínas incluyen un grupo fluorescente, si la fluorescencia del silicio es mayor que la de la muestra patrón, la proteína se habrá acumulado en el silicio nanoporoso, mientras que si sucede lo contrario, significa que la proteína se ha quedado en el electrolito, y por tanto la molécula elegida como captador no es la adecuada.

                                  Figura 2  

[1] Canham, L. T., Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers, Appl. Phys. Lett. 57, 1046 (1990). 

[2] Mery, E., Intégration du silicium poreux dans des microsystèmes flluidiques: application aux laboratories sur puce, Tesis Doctoral defendida con fecha de 2006 en l’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon.

El silicio es un material muy abundante en la corteza terrestre y con una tecnología muy desarrollada, pero con unas propiedades optoelectrónicas muy pobres debido a su estructura de bandas, y al hecho de que tiene un gap indirecto. Un hito en la historia del silicio fue el descubrimiento de su foto y electroluminiscencia a temperatura ambiente por L. T. Canham en 1990 [1], pero en su versión de silicio nanoporoso. Esto abrió el campo de investigación a nuevos dominios como el de los dispositivos optoelectrónicos y fotovoltaicos, además de su uso como aislante eléctrico, captador bioquímico o parte de microsistemas de filtración y separación.

El silicio poroso es un material nanoestructurado de morfología esponjosa, formado por ramas interconectadas de silicio de tamaño nanométrico, que puede ser descrito en términos de hilos y puntos cuánticos. Los efectos de confinamiento cuántico que suceden en este tipo de estructuras hacen que el gap energético que ven los electrones en silicio poroso sea mayor que el correspondiente al silicio cristalino. A diferencia de otras nanoestructuras que necesitan de procedimientos de obtención altamente sofisticados, el silicio nanoporoso puede obtenerse a partir del silicio cristalino convencional por anodización electroquímica con ácido fluorhídrico, comido seco (con plasma) o comido húmedo (estos dos últimos métodos se limitan a la realización de láminas delgadas de unas pocas micras).         

El espectro de luminiscencia del silicio nanoporoso consta de tres bandas situadas en el azul, el rojo y el infrarrojo. El silicio poroso que se obtiene después de un tratamiento de anodizado exhibe únicamente la banda roja, y en algunos casos la banda infrarroja. La banda azul se observar cuando la muestra contiene una gran cantidad de oxígeno como consecuencia de algún proceso de oxidación. De la tres, la más interesante es la banda roja, ya que es la única que puede ser excitada eléctricamente.

Se han propuesto variados mecanismos para explicar la luminiscencia de la banda roja del silicio poroso, entre los que se pueden citar las especies y moléculas adheridas a la superficie, la existencia de silicio amorfo hidrogenado rodeando los nanocristales de silicio, estados superficiales localizados como consecuencia de átomos de silicio superficiales que sufren una distorsión en los enlaces para acomodarse a cambios en las condiciones locales, o bien efectos de confinamiento cuántico en las ramas nanométricas del silicio.

Este último mecanismo es el que goza de mayor aceptación, pues el confinamiento haría que, bajo el principio de incertidumbre de Heisenberg, la función de onda en el espacio de momentos estuviera deslocalizada, existiendo una mayor probabilidad de que ocurran procesos de recombinación banda a banda. Esto coincide con el hecho observado experimentalmente del corrimiento hacia el azul de la emisión al disminuir el tamaño nanométrico de las ramas de silicio, debido a un ensanchamiento en el gap que ven los electrones. Por tanto, parece que lo más probable es que los procesos de luminiscencia ocurran en los cristalitos nanométricos de silicio, y por tanto con un gap de energía definido.

Los mecanismos que justifican la luminiscencia de la banda infrarroja se deben a enlaces insaturados en la superficie de las ramas de silicio, y la banda azul se puede explicar en función de efectos de confinamiento cuántico o bien como consecuencia de recombinaciones vía defectos de oxígeno como pueden ser la existencia de oxígenos no puente.

A día de hoy, los circuitos electrónicos con capaces de integrar cada vez más número de transistores y componentes, aumentando considerablemente sus prestaciones, pero haciendo también que aparezcan nuevos problemas. Según la ley de Moore, el número de transistores en un chip se duplica cada dos años. Pero el hecho de reducir cada vez más el tamaño mínimo característico hace que surjan nuevos fenómenos asociados a las pequeñas dimensiones de los dispositivos (del orden de nanómetros), y que por tanto la física que los describe sea totalmente distinta al caso clásico de la microelectrónica.

El avance de la microelectrónica durante finales del siglo XX se ha debido principalmente a los circuitos basados en tecnología CMOS, esto es, que utilizan tanto transistores PMOS como NMOS. Estos transistores se basan en la unión de un metal, un óxido, y un semiconductor, y tienen tres contactos diferentes, llamados puerta, fuente y drenador (para que pueda pasar corriente entre fuente y drenador hay que crear un canal de conducción entre ellos, lo que se consigue aplicando un cierto voltaje a la puerta, conocido como voltaje umbral). El gran desarrollo de la electrónica CMOS se debe a la utilización del SiO₂ como dieléctrico de puerta del transistor, pues presenta unas propiedades inmejorables en cuanto a carácter aislante y a baja densidad de defectos en ambas interfases, siendo compatible tanto con el sustrato de silicio como con el contacto de polisilicio.

A medida que se ha ido reduciendo el tamaño de los dispositivos, el espesor del dieléctrico de puerta también lo ha hecho, pasando de espesores de puerta de 1000 Å hace treinta años a sólo 12 Å, e incluso a 8 Å en laboratorio. Para espesores tan pequeños, de sólo cuatro capas atómicas, empiezan a ser importantes las fugas de corriente debidas al efecto túnel, que contribuyen a un aumento del calor generado y a la consecuente necesidad de disipación. Surge entonces la cuestión de cómo resolver el problema, ya que podrían plantearse varias alternativas: modificar el diseño, cambiar el material de puerta, el material de los contactos, o el material sustrato. O bien todo a la vez.

Los materiales candidatos a constituir nuevos dieléctricos de puerta son los llamados dieléctricos de alta permitividad o dieléctricos de alta-k, basados en óxidos de hafnio y de zirconio.  Son capaces de reducir la corriente túnel en más de cien veces en comparación con el óxido de silicio, pero presentan el inconveniente de que la interfase que forman con el polisilicio del contacto no es todo lo buena que se desearía, pues contiene una gran cantidad de defectos. Esto hace que los voltaje umbral que se obtiene sea demasiado grande (este fenómeno se llama congelación del voltaje umbral o anclaje del nivel de Fermi, ocasionando una corriente de arrastre muy  pequeña y un rendimiento muy bajo. Por tanto, para utilizar estos dieléctricos de alta-k es necesario también reemplazar los contactos del transistor por otros nuevos materiales metálicos, utilizando contactos de distintos materiales en función de si el transistor utilizado es NMOS o PMOS.

El otro problema que presenta estos dieléctricos es que, al tener un alto valor de la constante dieléctrica, también tienen unos fonones ópticos superficiales muy energéticos. Al ser los fonones vibraciones de la red cristalina, interfieren con los electrones de conducción del canal, afectando a su movilidad y disminuyendo el rendimiento del dispositivo. La influencia de los fonones en los electrones del canal puede minimizarse eligiendo los contactos metálicos adecuados, con una cierta función de trabajo, de forma que la solución en este caso también pasa por cambiar los actuales contactos utilizados en microelectrónica por otros nuevos.

En la actualidad, Intel® utiliza una tecnología de procesado de circuitos integrados basada en hafnio y dieléctricos de alta-k (figura).

Gracias a ella, la mitad de la distancia entre centro y centro de dos hilos conductores puede llegar a ser tan pequeña como 45 nanometros. Dado el grado de complejidad de la tecnología utilizada, cada vez una mayor parte del procesado de los chips se lleva a cabo mediante control por software, haciéndose únicamente necesaria la intervención del personal cuando hay que revisar o reparar alguna máquina.

Esta tecnología abre nuevos horizontes en la electrónica actual, y puede que, en algunos años, ya no se estudien en la universidad los transistores basados en tecnología CMOS, sino en tecnología de dieléctricos de alta-k.

En esto consiste una de las aplicaciones nanotecnológicas del GaN, ya que, en determinadas condiciones de crecimiento, pueden obtenerse nanohilos autoensamblados de diámetros reducidos, con una alta cristalinidad. Éstos pueden utilizarse en la fabricación de láseres, dispositivos emisores de luz o cristales fotónicos (figura 2).

                                    Figura 2

Las columnas que se obtienen están libres de dislocaciones y presentan una eficiencia de extracción de luz bastante buena (los picos de fotoluminiscencia que aparecen son más intensos que en el caso del GaN crecido de forma convencional). Cuando se utilizan pozos cuánticos múltiples de InGaN/GaN embebidos en los nanohilos, los pozos de InGaN quedan encerrados entre las barreras de GaN, estando los alrededores del hilo rodeados por aire. Esto hace que se cree la estructura de disco cuántico.

Recientemente, se han fabricado LEDs basados en nanohilos InGaN/GaN con pozos cuánticos múltiples de InGaN [1]. Estos dispositivos son capaces de emitir a temperatura ambiente desde el rojo hasta el azul, pero en general lo que se observa en estas estructuras es que emiten en múltiples colores. La nucleación cristalina aleatoria y espontánea en el estadio inicial de crecimiento de las nanocolumnas introduce fluctuaciones tanto en la composición como en el tamaño, y esto queda reflejado en la emisión multicolor que se observa. Para evitarla y poder seleccionar un color de emisión concreto, se hace necesario homogeneizar tanto la composición como el tamaño de las nanoestructuras.

Esta homogeneización puede conseguirse con un crecimiento selectivo de los nanohilos de nitruro de galio [2]. Para ello, se pueden utilizar nanopuntos nitrurados de aluminio sobre sustratos de silicio (111) que actúen como centros de nucleación para el GaN. Este último se crece mediante el procedimiento de epitaxia de haces moleculares asistida por plasma generado por radiofrecuencia (rf-MBE), obteniendo estructuras tubulares tanto en el sustrato de silicio como alrededor de los nanopuntos de AlN. La desviación del grosor de la pared del tubo que crece a partir de los nanopatrones de aluminio es menor que el diámetro de las nanocolumnas que crecen sobre el propio sustrato de silicio. Es más, si se elige adecuadamente la temperatura de deposición, se puede inhibir el crecimiento del GaN sobre el sustrato, de forma que los nanohilos crecen únicamente en las zonas donde se hayan depositado los nanopuntos de AlN (figura 3: [2]).

                                  Figura 3

[1] Xu, T., Nikiforov, A. Y., France, R., Thomidis, C., Williams, A., Moustakas, T. D., Blue-green-red LEDs based on InGaN quantum dots grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy, phys. stat. sol. (a) 204, nº 6, 2098-2102 (2007).  

[2] Ishizawa, S., Kishino, K., Kikuchi, A., Selective-Area Growth os GaN Nanocolumns on Si (111) Substrates Using Nitrided Al Nanopatterns by RF-Plasma-Assisted Molecular-Beam Epitaxy, Applied Physics Express 1, The Japan Society of Applied Physics, 2008.

Los semiconductores compuestos III-V forman una familia muy grande, con propiedades muy diversas (figura 1). Nos podemos encontrar con compuestos de gap directo o indirecto, y con parámetros de red de entre 3 Å hasta casi 6,5 Å, lo que ofrece la posibilidad de cubrir un rango de longitudes de onda muy amplio.

                                          Figura 1

De esta familia, los más recientes son los semiconductores basados en nitruros, como pueden ser el AlN, GaN o InN. Los tres cristalizan en la estructura wurtzita (hexagonal), con parámetros de red de entre 3,1 Å y 3,55 Å, aunque también pueden estabilizarse en una estructura cúbica metaestable. Los 6,2 eV de gap del AlN, los 3,46 eV del GaN y los 0,8 eV del InN hacen que combinando los tres compuestos para formar ternarios se pueda tener un margen de maniobra en longitudes de onda que va desde el infrarrojo hasta el ultravioleta, existiendo multitud de posibilidades.

El nitruro de mayor interés actualmente es el GaN, que suele combinarse con los otros dos nitruros formando ternarios como el AlGaN o el InGaN. El interés que tienen estos nitruros es que son semiconductores de gap ancho, con emisión en azul, lo que posibilita por un lado fabricar dispositivos que emitan en dicho color, y por otro obtener una mayor resolución de lectura de datos grabados debido a que la longitud de onda es menor. Pero su utilidad no acaba ahí, puesto que las características del enlace covalente entre el galio y el nitrógeno hacen que sea un compuesto especialmente apto para aplicaciones de electrónica de potencia (transistores de alta frecuencia…), donde se debe disipar una gran cantidad de calor, así como para entornos de gran agresividad química. En cambio, el nitruro de galio masivo tiene la desventaja de que sólo cuenta con sustratos muy específicos de crecimiento, como puede ser el zafiro, ya que en los demás los defectos que se crean en la interfase hacen que las

Una gran variedad de dispositivos electrónicos utilizan estructuras de pozos cuánticos múltiples, pero el hecho de utilizar este tipo de estructuras en el sistema InGaN/GaN plantea un inconveniente, ya que la eficiencia cuántica interna del dispositivo disminuye con la fracción molar de InN [1]. Esto se debe a problemas relacionados con los dominios desordenados que pueden aparecer en la aleación InGaN, ya que los gaps que ven los portadores son distintos en función de si la estructura está ordenada o desordenada (alloy scattering). Estos gaps forman una heteroestructura de tipo II, con lo que los portadores, al estar espacialmente separados son incapaces de recombinarse eficientemente. La solución a este problema consiste en confinar los pozos de InGaN en nanohilos, formando estructuras de punto cuántico y eliminando la inhomogeneidad estructural causada por la aleación.

Funcionamiento Básico:

Las células solares son diodos construidos de una manera especial. La lámina de Si-n se coloca arriba y es muy fina, la de Si-p debajo y es más gruesa. La luz incide en la lámina de Si-n. Los fotones incidentes comunican su energía a los electrones que saltan a la banda de conducción, originándose, con ello, también huecos. Debido a la diferencia de potencial en la unión “np” los electrones son repelidos hacia la superficie de arriba de la lámina de Si-n alejándose de la unión; y al contrario, los huecos son arrastrados al Si-p. Como resultado entre las superficies externas de ambas láminas de Si aparece una diferencia de potencial, que suele ser de 0.5 ó 0,6 Voltios.

Si conectamos la célula solar a un circuito externo, tendremos una corriente eléctrica. Para obtener mayores diferencias de potencial se conectan varias células solares en serie. Si lo que queremos es obtener mayores intensidades de corriente, las células solares se conectan en paralelo. Los paneles solares que se utilizan en las instalaciones solares llevan conectadas en serie y en paralelo las células solares necesarias para conseguir los valores deseados (en torno a 12 V y 0,5 A).

Por lo tanto, la energía que tiene el fotón incidente es transferida a los electrones, originándose, una diferencia de potencial que puede aplicarse a un circuito exterior, convirtiendo la energía solar en energía eléctrica. Una célula solar es capaz de convertir hasta un 30% de energía solar en eléctrica (de un día).

¿Cómo aprovechar las células solares?

Hoy en día se ha puesto de moda el término “huerta solar”, (aunque el concepto fue creado y patentado por Acciona), este es un recinto o espacio en el que pequeñas instalaciones fotovoltaicas de diferentes titulares comparten infraestructuras y servicios, con el fin de minimizar costes y tener una mayor producción de energía eléctrica. Cabe mencionar que con una hectárea de huerta solar (incluidos paneles, centros de transformación, inversores, caminos de acceso, vallado…) se puede suministrar la energía que consumen 100 familias.

La huerta solar de Monte Alto de Milagro, en Navarra, es la instalación fotovoltaica de mayor producción en el mundo. Fue promovida por Acciona Solar. Tiene una superficie de 51 hectáreas, una producción de 14 millones de Kilowatios/ hora anuales y una inversión total de 65 millones de euros, distribuida entre 753 propietarios.

La detección de mezclas combustibles o tóxicas gas/aire permite prevenir accidentes de bienes y personas, tanto en ambientes industriales como domésticos.

Los sensores de gases más utilizados se basan en óxidos semiconductores cuya conductividad eléctrica se ve modulada como consecuencia de la reacción producida entre el semiconductor y los gases presentes en la atmósfera. El dióxido de estaño es uno de los semiconductores que presenta más interés tecnológico como material activo en sensores de gases. Las propiedades de sensado del SnO2 (sensibilidad, selectividad y reproducibilidad) dependen de varios factores, siendo los más relevantes el tamaño de partícula, distribución de tamaño de partícula y área superficial específica. La utilización de SnO2  nanocristalino beneficia sustancialmente el sensado de gases, debido a la magnificación de los efectos superficiales.

El agregado de contaminantes en óxidos metálicos semiconductores permite alterar sus características eléctricas. Mediante la detección de las variaciones de conductividad eléctrica en la película de SnO2 por el fenómeno de adsorción, se detectan las partículas de gas presentes en el ambiente. (Ante la presencia de un gas, el óxido del metal hace que el gas se disocie en iones cargados con el resultado de una transferencia de electrones. Un par de electrodos parcialmente embebidos en el óxido del metal mide el cambio de conductividad del sensor. Este cambio es proporcional a la concentración del gas).

Los sensores de gases semiconductores, ya sean de películas gruesas, películas delgadas MOS, micromaquinado, entre otros, requieren ser calefactados de manera localizada y uniforme entre 200 y 450° C. (para mantenerlo a una temperatura óptima para la detección de gas). Debido a que su sensibilidad depende fuertemente de la temperatura de operación, es necesario controlar cuidadosamente dicha temperatura. Por tal motivo, el calefactor integrado de platino cumple la doble función de calefactar y controlar la temperatura deseada.

Los sensores, pueden detectar una gran gama de gases en rangos de ppm o combustibles. Se pueden conseguir diferentes características de respuesta variando los materiales, las técnicas del proceso y la temperatura de trabajo. Su simplicidad de construcción resulta en una vida de 10 a 25 años libre de problemas. Son robustos, aguantan choques y vibraciones siendo valido para servicio antiexplosión.

En general el proceso que se lleva  acabo dentro de la célula fotovoltaica es que la luz puede ionizar los átomos en el silicio produciéndose un campo interno que separa electrones de huecos dentro del dispositivo. Aunque estas cargas se atraen,  sólo se pueden recombinar pasando a través de un circuito externo por fuera del material debido a la aparición de la barrera producida por el potencial interno.

De modo que si se diseña el circuito se puede producir una corriente partiendo de las celdas iluminadas al tener que pasar los electrones libres por el circuito para recombinarse con los agujeros positivos.

            Efecto fotovoltaico en una célula solar

Mediante la nanotecnología, se pone a prueba cómo un material genera, captura, transporta y almacena electrones libres y para ello existen dos métodos nanotecnológicos  que diseñan los  materiales de constituyen las celulas solares.

El primero de ellos, utiliza películas delgadas de nanopartículas de óxido de metal, es decir, por ejemplo se utilizaría dióxido de titanio dopado con otros elementos, en este caso, se ha utilizado nitrógeno.

La otra posibilidad que existe o método emergente, es el uso de los puntos cuánticos quienes absorben fuertemente la luz visible. Tanto el dopado de los materiales como la sensibilización de los mismos con puntos cuánticos hacen que se incremente la absorción de la luz solar por parte de los materiales de la célula, los óxidos metálicos.

Existe otra tercera posibilidad que no es otra que la de combinar las dos primeras, cuya investigación  ha llevado a cabo el profesor de química Jin Zhang en la Universidad de   California en Santa Cruz, de modo se puede crear una película de óxido de metal dopada con nitrógeno (el dopado con nitrógeno permite absorber energía luminosa en una amplia zona del espectro electromagnético) y a la vez, sensibilizada con puntos cuánticos( los puntos cuánticos incrementan la absorción de luz visible y estimulan la corriente fotoeléctrica y la conversión de energía) demostrándose que poniéndolo a prueba los resultados son todavía mejores que con la aplicación de los dos primeros métodos por separado. Así, parece ser que ambos métodos sumas esfuerzos para capturar los fotones del sol obteniéndose mayor eficacia.

Estos primeros pasos hacen prever que la nanotecnología va  a poder permitir incrementar la eficiencia de la conversión en las células solares basadas en nanomateriales.