Nanotecnología

Al hablar de sistemas de almacenamiento de energía que puedan ser utilizados para posteriormente hacer funcionar dispositivos, se suele pensar en baterías que almacenan energía eléctrica, como las que hacen funcionar ordenadores portátiles o las que impulsan coches eléctricos. Pero hay otra forma de energía en la que quizá no se suele pensar tanto para ese fin, menos aún si lo queremos relacionar con la nanotecnología: la energía mecánica. Un ejemplo sería la almacenada en un muelle de un reloj de esos a los que hay que dar cuerda, aunque ya no quedan muchos. Otro, las trampas para ratones o, algo más antiguas, las catapultas que enviaban grandes piedras con energía suficiente como para destruir los baluartes defensivos medievales y de la antigüedad.

El almacenamiento de energía elástica acaba de convertirse en una propuesta realista dentro del campo de la nanotecnología gracias a la investigación liderada por la ingeniera mecánica Carol Livermore, del Massachussets Institute of Technology (MIT), EE.UU.. Dicha investigación ha sido publicada en dos artículos, uno que muestra un análisis teórico en la revista Nanotechnology y otro experimental en la revista Journal of Micromechanics and Microengineering. En su investigación ha demostrado que si esta energía se almacena en nanotubos de carbono, no sólo es una idea realista, sino que además la cantidad de energía almacenada por cada kilogramo es equivalente a la almacenada en las baterías de ion-litio y unas mil veces superior a la almacenada en muelles de acero.

Una de las grandes ventajas del almacenamiento de energía en estas nanoestructuras es que pueden ser mucho más duraderas y fiables bajo ciertas condiciones. En efecto, las baterías suelen ir perdiendo poco a poco su carga cuando se las deja de usar durante varios años, algo que en principio no ocurriría con los nanotubos de carbono. Parece claro que esto puede ser una gran ventaja en muchos casos, como sistemas de emergencia que en la mayoría de los casos no son usados más que de varios años en varios años (afortunadamente). En esos casos se debe revisar cada poco tiempo si las baterías poseen su carga óptima y reemplazar cada cierto número de años. También en sistemas espaciales, como robots mecánicos que tarden años en llegar a Marte u otros remotos lugares, o sondas espaciales que, tras ser puestas en órbita deben desplegar sus paneles solares. Otros casos en que serían bastante ventajosos sería en condiciones de altas temperaturas y/o altas presiones, en los que las baterías no funcionan de modo óptimo. Las propiedades elásticas de los nanotubos, en cambio, son relativamente poco sensibles a la temperatura y la presión. De nuevo, estas ventajas apuntan a aplicaciones espaciales, pero también a perforaciones subterráneas, por ejemplo, de extracción de petróleo o gas.

Otra ventaja es que la energía almacenada como energía mecánica puede ser liberada de forma muy rápida (los ejemplos de la trampa para ratones o la catapulta de más arriba) o muy lenta (el ejemplo del reloj de cuerda), algo que no pueden hacer las baterías.

Por todas estas razones, las aplicaciones que se vislumbran tras la investigación del grupo de Carol Livermore parecen bastante amplias. Con los años iremos viendo cuáles se hacen realidad.

Por Carmen Palomo 

La investigación tecnológica en el campo de los láseres se ha centrado en conseguir láseres que emitan en longitudes de onda cada vez mas pequeñas, con una energía por fotón mayor. La utilidad de estos láseres es debida a su elevada capacidad de visualización por lo que permite un incremento en la resolución espacial (mayor miniaturización).

Los láseres pueden ser basados GaN que emite en verde- azulo "láseres en estado sólido bombeados por diodo que permiten obtener niveles muy elevados de potencia y emitir en longitudes de onda amplias� ��.Este tipo de láseres multiplican la frecuencia de una señal infrarroja, consiguiendo la emisión en verde o en azul.

 Esta tecnología se aplica en dispositivos ópticos de almacenamiento de dados consiguiendo incluso aumentar la capacidades 200veces la de los DVDs y su velocidad de trasferencia a un gigabyte por segundo.

La empresa marketing en Optware situada en Yokohama desarrollado un sistema de almacenamiento de hasta 200GB holográfico de datos utilizando un láser verde 532-nanometros.

                    Estructura de Disco óptico

y el Sistema de Almacenaje de Datos Holográfico Colindar

Este sistema divide la luz del láser en 2, una se utiliza para almacenar datos mientras que la otra se utiliza como referencia y la interacción de las 2 ondas en la capa de grabación permite el almacenamiento de los datos. Debajo de la capa de grabación existe otra � �
Scapa formateada que almacena servo data� �� que se lee por medio de un láser rojo lo que permite el seguimiento se la pista donde se encuentra el disco de manera exacta. Entre ambas capas existe una capa espejo que refleja la luz verde del láser y es transparente para el láser rojo, esta capa evita la dispersión de la luz y el ruido que causa una disminución en la calidad de la señal. El tamaño del disco utilizado será el mismo que el de un DVD. Existen otros sistemas de almacenamiento de datos como son HD-DVD que pueden ser de una capa, con una capacidad de 15 GB(unas 4 horas de vídeo de alta definición) y de doble capa, con una capacidad de 30 GB y Toshiba ha anunciado que existe en desarrollo un disco con triple capa, que alcanzaría los 51 GB de capacidad (17 GB por capa). También existen los HD DVD-RW las capacidades son de 20 y 32 GB, respectivamente, para una o dos capas. La de un láser de color azul de 405 nanómetros, a diferencia del DVD, el cual usa un láser de color rojo de 650 nanómetros. velocidad de transferencia del dispositivo se estima en 36,5 Mbps.

También existe el Blu-Ray formato de disco óptico de nueva generación de 12 cm de diámetro (igual que el CD y el DVD) para vídeo de alta definición y almacenamiento de datos de alta densidad. Su capacidad de almacenamiento puede llegar a 50 GB. Que compite con HD-DVD. El Blu-Ray usa un láser de color azul de 405 nanómetros, a diferencia del DVD, el cual usa un láser de color rojo de 650 nanómetros.

POr Vanessa González 

Estas células solares nanocristalinas o nanoestructuradas de colorante, se construyen a partir de suspensiones coloidales de un óxido de amplio ancho de banda prohibida (TiO₂, ZnO) que actúa como conductor electrónico, un pigmento orgánico u órgano-metálico sensible para absorber la luz del sol (análogo a la clorofila en la fotosíntesis), y un electrolito (LiI e I₂ en un disolvente orgánico) que contiene un par redox (I₃ /I-) y que permite el transporte de huecos.

El mecanismo de funcionamiento es muy sencillo: cuando se produce la fotoexcitación del pigmento, éste inyecta un electrón a la banda de conducción del TiO₂, y posteriormente el pigmento oxidado se regenera por transferencia electrónica desde iones I^{� �} en la disolución. Los iones I₃^{� �} formados en este proceso difunden al electrodo recubierto de platino, donde se les reduce rápidamente a I^{� �}. Mientras el pigmento permanezca estable, la secuencia de etapas se desarrolla sin cambio químico neto, es decir, se trata de una célula regenerativa. Bajo iluminación, el semiconductor de TiO₂ contiene una única clase de especie fotogenerada, los electrones inyectados por el pigmento, mientras que los huecos realizan el transporte de carga positiva en la fase líquida.

De esta manera estas células son capaces de convertir la luz en electricidad con una eficiencia de más del 11%, utilizando mecanismos de transferencia electrónica similares a los que ocurren durante la fotosíntesis en las plantas.

Además, las células grätzel presentan una serie de ventajas frente a las células fotovoltaicas convencionales: por un lado, su tamaño ínfimo permitiría proyectarlas en un spray (compuesto por un baño de polímeros) generando un revestimiento de células solares nanocristalinas que se emplearía para cubrir los techos de acero de almacenes, fábricas, y otros edificios, convirtiéndolos en auténticos paneles solares.

Por otro lado, su fabricación es de bajo coste, pues carecen de silicio, un producto caro. Actualmente, la mayoría de las células fotovoltaicas son de silicio monocristalino de gran pureza, material que se obtiene a partir de arena. Sin embargo, su purificación es un proceso muy costoso.

Des esta manera se podría conseguir que la energía solar se convierta en una alternativa barata y factible.

Por Vanessa González 

Con el paso de los años, el crecimiento acelerado de la civilización, y el deseo irrefrenable de sostener el nivel de vida adquirido por los países desarrollados, ha ido aumentando inevitablemente la demanda de energía.

Hasta ahora la mayoría de la energía se obtiene a partir de los combustibles fósiles. No obstante, se trata de un recurso escaso que provoca consecuencias nefastas para el efecto invernadero, por lo que en los últimos años ha ido creciendo la preocupación por encontrar fuentes de energía alternativas.  

Para reducir las emisiones de efecto invernadero, sería necesario introducir nuevas tecnologías más eficientes y menos contaminantes, especialmente a nivel energético, con la sustitución progresiva de los actuales combustibles, carbón, petróleo o gas natural por otros con tasas de emisión más bajas y la potenciación de fuentes de energía renovables.

En esta vía, ha ido aumentando el interés por fuentes de energía alternativas como la energía solar. No obstante, partiendo de las tecnologías actuales, el aprovechamiento de la energía solar resulta más caro que la generación de energía tradicional.

Desde antiguo se conoce que el sol es la fuente de energía para toda la vida de la tierra. Las hojas de las plantas se pueden considerar como diminutas fábricas en las que a través de la luz del sol se transforman el dióxido de carbono y el agua en moléculas vitales como son los hidratos de carbono y el oxígeno a través del proceso de la fotosíntesis.

Por ello, desde los años 70, se ha intentado conseguir células solares mejores basadas en este principio. De esta forma surgen las células solares fotoelectroquímicas (conocidas como células de Grätzel o células DSC � � Dye Solar Cell-) basadas en semiconductores nanoestructurados sensitivizados con colorante.

En la actualidad, la tecnología representa el principal sustento para el desarrollo de un país. Cada vez más, surgen noticias de descubrimientos tecnológicos que mejoran la calidad de vida, y buscan soluciones a los problemas existentes, sacando el máximo partido de los recursos de los que disponemos.
Si navegamos en esa dirección, nos encontramos con la informática y la nanotecnología, campos muy relacionados que hoy en día han llegado a ser primos-hermanos. Todo ello, para dar lugar al desarrollo de un campo muy prometedor como es la nanoelectrónica. ¿Quién impulsa a quién? Una pregunta difícil. ¿Acaso el hecho de querer mejorar las prestaciones de la informática impulsó el desarrollo de la nanotecnología e hizo que continuara el estudio de sus aplicaciones demostrando que ahí estaba el futuro? ¿O es la nanotecnología la que impulsa a la informática permitiendo mejorar sus prestaciones y servicios? En cualquier caso, está claro que ambos campos trabajan en simbiosis, sustentándose el uno en el otro. Y lo que es más importante aún, su futuro depende de ello.Moore no estaba equivocado cuando predijo su ley, al menos no hasta ahora. Lo que él quizás no sabía era que detrás de tan osada predicción se encontraba la aparición y el auge de una nueva revolución: la revolución nanotecnológica. Y sólo hay que observar y darse cuenta de que es una opinión generalizada que "miniaturización" es sinónimo de éxito. Y que lo "nano" está de moda ahora. La nanotecnología está empezando a cubrir no sólo el campo de la informática y de la electrónica, sino también el campo de la medicina, las energías renovables, el medio ambiente, la química, el campo farmacéutico, la alimentación e, incluso, los videojuegos. Recientemente leí en una revista que se había creado un videojuego que impulsaba la divulgación de la nanociencia animando así a la gente a alimentar su curiosidad sobre este tema; hecho que nos demuestra que estos días cualquier cosa es posible con un poco de imaginación. Dicho videojuego se llama curiosamente "Nanowars", (la guerra de lo nano), y en él se trata de derrotar al Dr. Nevil y salvar el mundo usando la nano-imaginación, creando nano-máquinas y utilizando nanomateriales ¡Y los científicos tan preocupados por el tema de la divulgación de la nanociencia! Leer más »