Materiales del futuro IV: Nanotubos de Carbono

Se denominan nanotubos a estructuras con forma de tubo que poseen un diámetro muy pequeño, del orden del nanómetro (nm). Un nanómetro equivale en escala a la billonésima parte de un metro, 1 nm = 1^⁻9 m. En la actualidad existen nanotubos de muchos materiales, tales como silicio o nitruro de boro, pero generalmente el término se aplica a los nanotubos de carbono.

Los nanotubos de carbono son una forma de cristalizar de este material, en una estructura parecida al diamante o el grafito. Su estructura se puede considerar como una lámina de grafito enrollada sobre sí misma. Dependiendo del grado de enrollamiento y la manera como se conforma la lámina original, el resultado puede llevar a nanotubos de distinto diámetro y estructura interna. Los nanotubos conformados como si las esquinas de un folio se uniesen por sus extremos formando un canuto, se denominan nanotubos monocapa. Existen también nanotubos cuya estructura se asemeja a la de una serie de tubos concéntricos, incluidos unos dentro de otros igual que las muñecas rusas. Estos últimos son los denominados nanotubos multicapa.

Nanotubos Monocapa

Nanotubos Multicapa

Los nanotubos están siendo estudiados por su interés fundamental para la química y por sus aplicaciones tecnológicas. Es, por ejemplo, la primera sustancia conocida por la humanidad capaz de sustentar indefinidamente su propio peso, una condición necesaria para la construcción de un ascensor espacial.

APLICACIONES

• Electroquímicas. Una importante aplicación de los nanotubos, dada su gran superficie y su baja resistividad, es la electroquímica, como el desarrollo de supercondensadores, dispositivos para el almacenamiento de hidrógeno y fabricación de celdas solares.

• Electrónica. De entre las aplicaciones de los nanotubos de carbono, quizá las más interesantes se encuentren en el dominio de la electrónica, ya que éstos pueden desempeñar el mismo papel que el silicio en los dispositivos electrónicos pero a escala molecular, donde los semiconductores dejan de funcionar. Además, debido a que los avances en la industria electrónica se basan en hacer los dispositivos cada vez mas diminutos, que conlleva un aumento en el rendimiento de la velocidad de proceso y la densidad de los circuitos, será necesario utilizar nanotubos de carbono en su fabricación. Los nanotubos de carbono pueden ser utilizados para fabricar múltiples dispositivos entre los que destacan los transistores y las memorias informáticas.

• Otras aplicaciones industriales.
  

  • Biomedicina: Investigadores de universidades italianas han hecho crecer celulas nerviosas en sustratos, cubiertos por redes de nanotubos de carbono.
  • Automóviles: Mangueras antiestáticas de combustible.
  • Automóviles: Partes plásticas conductoras para pintado con spray electrostático
  • Aeroespacio: Partes de aviones
  • Packaging: Antiestático para electrónicos
  • Tintas conductoras
  • Materiales extremadamente negros: La sustancia más oscura conocida, hasta la fecha, se ha creado a partir de nanotubos de carbono.
    
  • Deportes: Debido a la alta resistencia mecánica de los nanotubos, se están empezando a utilizar para hacer más fuertes las raquetas de tenis, manillares de bicicletas, palos de golf, y flechas de ultima generación.

Fuentes.

es.wikipedia.org
nanotubosdecarbono.com

Leandro Mesas

Curiosidades I: Manifestaciones: ¿cómo contar los asistentes?

Es curioso cuando hay una manifestación, a la que asisten cantidades ingentes de personas, y los medios afirman con toda seguridad: "hubo 200.000 asistentes", o cuando en un concierto nos dicen "la asistencia superó los 50.000 espectadores". Se nos plantea una cuestión: ¿qué pasa, que en las manifestaciones hay que firmar para entrar? ¿o cuentan uno por uno los asistentes desde un helicóptero?

Imagen de un helicóptero sobrevolando la manifestación contra Hosni Mubarak

La respuesta se halla, como suele pasar, en la tecnología. Por poner un ejemplo actual, consideremos la Plaza de la Liberación (Al Tahrir Square) en El Cairo, capital de Egipto. Allí han tenido lugar las protestas contra el régimen dictatorial de Hosni Mubarak, gobernante autoritario de Egipto durante 30 largos años. Se utilizan aplicaciones como el famoso "Manifestómetro", que se sirve de Google Maps para calcular la asistencia a la manifestación. Se establece una densidad máxima de personas (en el caso de la Plaza de la Liberación, 6 personas por metro cuadrado), se descuentan elementos tales como mobiliario urbano y árboles para conseguir una mayor precisión, y se mide la superficie ocupada por los manifestantes. De esta forma, podemos conseguir una cifra muy aproximada de los manifestantes.

 Imagen de Al Tahrir Square durante las manifestaciones

En nuestro país, la Policía se suele servir de planos y fotografías de superficie y aéreas para medir la densidad de personas por metro cuadrado y la superficie ocupada, y después se sirven de software especializado para realizar los cálculos pertinentes. Desde luego, nosotros también podemos calcular de forma aproximada los asistentes a la manifestación, con herramientas como el anteriormente citado "Manifestómetro", SIGPAC, ...

Imagen del "Manifestómetro"

 
Desde luego, que una manifestación sea o no apropiada es muy subjetivo. Pero lo que es más objetivo es el número de asistentes, por mucho que los medios tergiversen estos datos según sus intereses. En mi humilde punto de vista, la manifestación de Al Tahrir Square se cuenta dentro de las justificadas.

Fuentes:
www.e-ciencia.com
Imágenes de Google

Manu Gutiérrez

Materiales del futuro III: Nanofluidos como líquidos refrigerantes.

La nanotecnología ha revolucionado el mundo de la ciencia en los últimos años. En sí, la nanotecnología es la ciencia que permite estudiar la materia a nivel atómico y molecular. A un nivel tan pequeño la materia se puede manipular de formas insospechadas, creando materiales con propiedades asombrosas.. Estas tecnologías son populares en la industria farmacéutica, la cosmética, la alimentaria, la medicina, la agricultura, la aeronáutica, la automotriz...

En la medicina, por ejemplo, la nanotecnología es puntera en las investigaciones del trato de las células cancerígenas o en sistemas de transporte de medicamentos en la sangre de formas muy precisas. Para hacernos una idea de los usos más  cotidianos de las nanopartículas, las podemos encontrar en cremas solares, haciendo que estas no queden tan visibles en la piel, o en las pelotas de tenis Wilson, que llevan una capa de nanopartículas de arcilla que las hacen más resistentes y que hacen que el aire no pueda escapar de su interior tan fácilmente.

Los descubrimientos de las nanopartículas y sus propiedades no dejan de sorprender a la comunidad científica, ya que al ser una ciencia tan nueva, todavía presenta muchas dudas y curiosidades.

Nanohex: nanofluidos y ventajas térmicas

Nanohex es un proyecto que involucra a 12 organizaciones de 6 países diferentes. Entre ellos encontramos ENEA, en Casaccia, a 25 kilómetros al norte de Roma. Este centro de investigación cuenta con unas instalaciones que se extienden a lo largo de 90 hectáreas, y con más de 1.400 trabajadores.

El proyecto Nanohex, pretende desarrollar nanofluidos como líquidos refrigerantes para su aplicación industrial. Las nanopartículas han demostrado que tienen propiedades térmicas de difusión muy buenas, haciendo que los líquidos refrigerantes mejoren sus propiedades, ya que dispersan el calor más rápido, mejor y de una manera más eficiente.

El proyecto comenzó en 2009 y se prevé que se alargue hasta 2011. En el centro que ENEA tiene en Casaccia hay dos unidades involucradas: el laboratorio de espectroscopía láser en materiales funcionales y el laboratorio de termofluidodinámica aplicada a los sistemas energéticos.

Mauro Falconieri es el jefe del laboratorio de espectroscopía láser y materiales funcionales. La espectroscopía láser estudia como los materiales reaccionan cuando se produce un cambio de energía en su interior: a través de la señal que estos emiten al ser excitados con el láser se pueden estudiar múltiples características. Este es el método que escogió Mauro en su misión dentro del proyecto Nanohex.

Flaminia Rondino, estudiante de post-doctorado, también forma parte de este proyecto. Su misión es estudiar las propiedades térmicas y dispersivas de las nanopartículas de titanio, para así conseguir el nanofluido con mejores cualidades. En un futuro también tienen intención de estudiar las de silicio. En Frascatti, ENEA tiene otras instalaciones donde se encargan de producir las muestras de nanopartículas. Pero su estudio mediante la espectroscopía láser es todo un proceso, sólo para que los láseres mediante los que se hará el experimento estén perfectamente alineados se pueden necesitar semanas de preparación.

El otro departamento en Casaccia, el laboratorio de termofluidodinámica aplicada a sistemas energéticos, estudia las propiedades de estos nanofluidos comparados a tiempo real con otros refrigerantes comunes en el uso industrial como el agua. Al compararlos a tiempo real y en mismas condiciones, pueden averiguar que ventajas supone el nanofluido respecto al agua en cuanto a sus propiedades térmicas pero también en las propiedades corrosivas, otro aspecto que se tiene que tener en cuenta ya que tiene es muy importante de cara a la aplicación industrial.



Nanohex y sus propósitos

Para que un proyecto como este funcione tiene que haber industrias involucradas, que el que se implique en el consumidor final. Y éste es el caso de Nanohex, cuyos dos mayores objetivos públicos involucrados son Thermacore Europe, que es el mayor proveedor de líquidos refrigerantes para centros de datos, y Siemens, que lo quiere aplicar en la tecnología electrónica de los trenes.

Dispositivo de estudio del agua y los nanofluidos como refrigerantes a tiempo real y en las mismas condiciones.

El uso de nanofludios por parte de las empresas puede suponer muchas ventajas: los nanofluidos, al ser más eficientes tienen mejor conductividad y propiedades térmicas pueden suponer una mejora en lo que supone al ahorro energético. También hay que tener en cuenta la reducción de espacio que se gana al no tener que usar tantas cantidades de líquido, algo muy interesante para la industria aeroespacial. También hay que tener en cuenta la reducción en las emisiones de dióxido de carbono.

Fuente
tendencias21.net
mundociencia.portalmundos.com

Leandro Mesas

Tecnologías para el futuro III: simuladores cuánticos

Primero, hablaremos de lo que es la física cuántica.
Coloquialmente, la física cuántica es la rama de la física que estudia las cosas muy pequeñas, como las partículas subatómicas. De forma general, se suele decir que la física cuántica estudia las cosas muy pequeñas, la mecánica clásica las cosas "normales", y la relatividad las cosas muy grandes, del orden de estrellas, planetas y galaxias.
La física cuántica se desarrolló a principios del siglo XX, cuando la teoría electromagnética clásica se volvió del todo insuficiente para explicar las emisiones de radiación de los objetos en equilibrio (radiación térmica), lo que fue solucionado por Plank al considerar la cuantización de la energía (la energía no se puede transmitir con cualquier valor, sino sólo con múltiplos enteros de un determinado valor, el de la constante de Plank) y perfeccionado por el archiconocido Einstein en su teoría del efecto fotoeléctrico, que le valió el Premio Nobel de Física de 1921. La física cuántica se completa con la propuesta de De Broglie, que afirma que cada partícula en movimiento tiene asociada una onda (dualidad onda-corpúsculo), cuya longitud es inversamente proporcional a la masa de la partícula, y que depende de su velocidad. Erwin Schrödinger fue el que perfeccionó este principio, formulando una ecuación de movimiento para estas "ondas de materia", que fue comprobada empíricamente. También es muy importante el principio de incertidumbre de Heisenberg, que afirma que no se puede conocer con total precisión y simultáneamente la posición y el momento lineal (masa y velocidad) de una partícula. Esto es responsable de que la física cuántica trabaje con probabilidades (los conocidos orbitales atómicos, zonas con alta probabilidad de encontrar un electrón, en lugar de las órbitas electrónicas definidas contempladas en la mecánica cuántica).

Orbitales p, los segundos orbitales atómicos en cuanto a energía. Los otros orbitales son los s (menor energía), los d y los f (mayor energía)

La física cuántica es responsable de avances en campos como la electrónica (transistores, microprocesadores, ...) en la física de materiales (semiconductores y superconductores), medicina (cirugía láser, exploración radiológica, ...) y muchas otras áreas del conocimiento.
La dificultad del estudio de la cuántica radica en que las partículas que estudia son de tamaño infinitesimal, por lo que las observaciones y mediciones son enormemente complicadas de realizar. Con el fin de facilitar el estudio de las partículas subatómicas, un equipo de expertos ha desarrollado un "simulador cuántico", una máquina capaz de funcionar según las leyes de la física cuántica (recordemos que los objetos de tamaño normal se comportan según las leyes de la mecánica clásica).

Simulador cuántico

Recientemente, científicos del Instituto de Física Experimental y Física Teórica de Innsbruck, Austria, en colaboración con investigadores del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI) han logrado otro avance al respecto. Han desarrollado un mecanismo que servirá para crear simuladores cuánticos de sistema abierto, esto es, simuladores capaces de interactuar con el entorno. Estos simuladores aprovechan un efecto que normalmente se intenta evitar en el uso de máquinas cuánticas: las perturbaciones ambientales. Estas perturbaciones suelen causar que la información en los sistemas cuánticos se pierda, pero este equipo ha conseguido controlar las perturbaciones, consiguiendo intensificar los efectos cuánticos y, al mismo tiempo, que el sistema pueda interactuar con el entorno.
Quizás este sea el paso que nos ayude a comprender mejor nuestro Universo. Los físicos han intentado larga e infructuosamente unificar las teorías de la física cuántica y la relatividad para conseguir la "teoría del todo", desarrollando teorías como la Teoría Unificada de Campos o la Teoría M. De momento no lo han conseguido, pero un mayor dominio de la mecánica cuántica puede ayudarnos en nuestro propósito.

Fuentes:
es.wikipedia.org
www.tendencias21.net
www.ojocientifico.com

Manu Gutiérrez