NACE UNA NUEVA GENERACIÓN DE MATERIALES TERMOELÉCTRICOS

El análisis de la dinámica atómica da claves para la mejora de la conductividad térmica.
Un grupo de ingenieros y científicos del Oak Ridge National Laboratory, perteneciente al Departamento de Energía de los Estados Unidos, ha concretado un importante avance en torno a la comprensión del funcionamiento de los materiales termoeléctricos. Gracias a ello, podría desarrollarse una nueva gama de productos con la capacidad de transformar calor en electricidad
El gráfico muestra las variaciones producidas en la dinámica atómica del telururo de plomo durante el transporte de energía térmica. Imagen: ORNL. Un mayor conocimiento de los fenómenos implicados en el funcionamiento de los materiales termoeléctricos podría desembocar en el nacimiento de una nueva generación de dispositivos capaces de transformar calor en electricidad. Así lo establece una investigación desarrollada en el Oak Ridge National Laboratory, que depende del Departamento de Energía estadounidense.
El avance se relaciona directamente con el análisis del comportamiento de los neutrones y otras cuestiones inherentes a la dinámica atómica ligada a los procesos de conductividad térmica. Hasta el momento, las incógnitas sobre el origen microscópico de la conductividad térmica eran un freno para la obtención de nuevos avances en la materia.
Sin embargo, el trabajo de los ingenieros e investigadores del Oak Ridge National Laboratory parece haber superado varios escollos en este punto. La investigación fue difundida a través de una nota de prensa de dicho centro, y también fue el tema central de un artículo publicado recientemente en el medio especializado Nature Materials.
Los especialistas realizaron experimentos en las instalaciones del ORNL, mayormente mediante técnicas como la espalación de neutrones y el empleo del reactor de isótopos de alto flujo (High Flux Isotope Reactor – HFIR), una de las tecnologías que destacan al Oak Ridge National Laboratory.
El objetivo de estas investigaciones fue en principio determinar por qué el telururo de plomo presenta una estructura molecular similar a la sal de mesa común y, al mismo tiempo, alcanza una pérdida de calor muy baja, una característica que lo transforma en un material termoeléctrico eficiente.
Según Olivier Delaire, investigador del ORNL y uno de los directores del grupo de investigación, la comprensión de los fenómenos microscópicos ligados a la conductividad térmica, que hasta hoy son una incógnita en muchas aristas para la ciencia, podría desembocar en el diseño de materiales que se desempeñen mejor en la conversión de calor en electricidad.
Es así que la investigación encarada permitió descubrir que los fanones, cuasipartículas de vibración microscópica que se generan en redes cristalinas, son los principales responsables de la alteración de la dinámica atómica relacionada con el transporte de la energía térmica en el telururo de plomo.
Gracias a este descubrimiento, los ingenieros e investigadores creen que es posible realizar diferentes variaciones en la composición microscópica del telururo de plomo para lograr optimizar sus condiciones en términos de conductividad térmica. De esta forma, podrían generarse nuevos avances en este segmento, de gran importancia en distintas ramas de la industria.
Al lograr controlar la conductividad térmica en los materiales termoeléctricos, menos energía se dispersa y más calor se puede dirigir justamente a la generación energética. Hoy en día, los materiales termoeléctricos se usan para alimentar sondas espaciales que exploran zonas lejanas del sistema solar, por ejemplo.
Pero nuevos y avanzados materiales termoeléctricos se podrían utilizar para desarrollar aplicaciones en muchas otras áreas, como por ejemplo sistemas de escape de vehículos automotores que conviertan el calor del escape en electricidad, reduciendo así la necesidad de alternadores.
Por otro lado, una nueva generación de materiales termoeléctricos también podría ayudar a concentrar la energía solar para la generación de energía de forma sostenible, y además recuperar el calor residual de procesos industriales, con la posibilidad de reutilizarlo y reciclarlo para distintas aplicaciones.
La investigación ha permitido determinar, en consecuencia, el origen microscópico de la baja conductividad térmica del telururo de plomo, abriendo un nuevo camino para su uso en dispositivos termoeléctricos. Este trabajo fue financiado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, como parte del Solid-State Solar-Thermal Energy Conversion Center (S3TEC), del Energy Research Frontier Center.

de mercado electrico Publicado en Cables

INVENTAN UN LED ORGÁNICO ESPINTRÓNICO CON IMPORTANTES CUALIDADES

Unos físicos de la Universidad de Utah han inventado un LED orgánico espintrónico que promete ser más brillante, barato y ecológico que los tipos de LEDs usados actualmente en pantallas de televisores y ordenadores, iluminación, semáforos y numerosos dispositivos electrónicos. Se trata de una tecnología completamente diferente.

El equipo de Z. Valy Vardeny ya ha fabricado un prototipo del nuevo tipo de LED, que produce un color naranja. Vardeny espera que dentro de dos años sea posible utilizar la nueva tecnología para producir LEDs de color rojo y azul, y que a la postre se puedan crear LEDs orgánicos espintrónicos de color blanco.
Sin embargo, podrían pasar cinco años antes de que los nuevos LEDs lleguen al mercado, porque ahora estos operan tan sólo a temperaturas que no superen los 33 grados centígrados bajo cero (28 grados Fahrenheit bajo cero), y deben ser mejorados para que puedan funcionar a temperaturas más altas, como las normales en el interior de viviendas y en otros ambientes.
Los OLEDs (LEDs orgánicos, o diodos orgánicos emisores de luz) existentes pueden producir cada uno un determinado color de luz, como por ejemplo rojo, verde y azul, dependiendo de los semiconductores usados. Una ventaja crucial de los nuevos OLEDs espintrónicos es que, en el futuro, un sólo dispositivo podría producir colores diferentes, controlados mediante cambios en el campo magnético.
Por otra parte, los dispositivos que usan semiconductores orgánicos suelen ser menos costosos y en su fabricación se generan residuos menos tóxicos que en la de los semiconductores de silicio convencionales.
NCYT

GRAFENO PERMITIRÁ FABRICAR APARATOS CON PROPIEDADES ÚNICAS

Investigadores descubren que las estructuras de las capas atómicas de este material son casi perfectas, lo que facilitará el desarrollo de una nueva generación de chips informáticos.
Un equipo de investigadores del Reino Unido ha descubierto que las estructuras de las capas atómicas del grafeno son prácticamente perfectas, incluso aunque se acumulen más de diez capas en la construcción de la pila. El hallazgo podría facilitar el desarrollo de una nueva generación de chips informáticos. El grafeno, un material bidimensional compuesto por átomos de carbono dispuestos en forma de panal de abejas, es el material más delgado del mundo y también uno de los más fuertes.
Estructura del grafeno. Fuente: Wikimedia Commons. Investigadores del Reino Unido han descubierto una característica insólita del grafeno gracias a la demostración de un método que emplea este material como pieza fundamental para la creación de nuevas estructuras tridimensionales no limitadas a lo que la naturaleza es capaz de producir.
Su método, publicado en Nature Materials, implica la inclusión de capas de grafeno entre otras de aislante para generar dispositivos electrónicos con propiedades únicas.
Se espera que este método nuevo dé paso a una dimensión completamente nueva en el campo de la investigación de la física.
Nueva generación de chips informáticos de grafeno
El grafeno es un material bidimensional compuesto de una única capa de átomos de carbono dispuestos en forma hexagonal o de panal de abejas.
Es el material más delgado del mundo y también uno de los más fuertes. Su eficiencia conductora de electricidad se asemeja a la del cobre y supera a la de cualquier otro material en lo referente a la conducción de calor.
Los científicos probaron que una nueva técnica de obtención de imágenes laterales puede utilizarse para observar cada una de las capas atómicas de grafeno en los dispositivos que han logrado construir.
El equipo descubrió que las estructuras eran prácticamente perfectas, incluso aunque se acumulasen más de diez capas en la construcción de la pila.
Este avance muestra aún con mayor certeza la idoneidad del grafeno como un componente de gran importancia para la nueva generación de chips informáticos.

CREAN UN NANOTRANSISTOR QUE SUSTITUIRÁ AL SILICIO

Permitirá la rápida miniaturización de los componentes electrónicos de los ordenadores
Ingenieros de la Universidad de Manchester han usado un nuevo material llamado graphene, de tan solo un átomo de grosor, para crear el transistor más pequeño del mundo. Este adelanto puede agilizar el desarrollo de un nuevo tipo de chip para ordenadores súper rápidos, inimaginables con los chips actuales de silicio. Sus creadores aseguran que esta innovación permitirá agilizar la miniaturización de elementos electrónicos y puede convertirse en una alternativa prometedora y real cuando la “Era del Silicio” llegue a su fin en 2025.
El profesor Andre Geim y el doctor Kostya Novoselov, de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Manchester, han anunciado en el número de marzo de la revista Nature Materials la fabricación del transistor más pequeño del mundo, que podría posibilitar la producción de nuevos chips para ordenadores super rápidos. Este nuevo transistor tiene sólo un átomo de ancho y cincuenta átomos de largo.
En las últimas décadas, los fabricantes han ido llenando de componentes los circuitos integrados. Por ello, el número de transistores y la potencia de estos circuitos se doblan cada dos años aproximadamente. Este fenómeno ha sido denominado la Ley de Moore .
Se trata de una ley empírica, formulada por Gordon E. Moore en 1965, cuyo cumplimiento se ha podido constatar hasta hoy. Ese año, Gordon Moore afirmó que el número de transistores por pulgada en circuitos integrados se duplicaba cada año y que ese mismo crecimiento continuaría durante las décadas siguientes, asegurando el futuro de la informática.
Más pequeños
La velocidad a la que se llenan los circuitos ha ido, sin embargo, decreciendo notablemente. La tecnología basada en el silicio está a punto de alcanzar el mínimo tamaño posible. Por ello, la miniaturización de los componentes electrónicos es el reto más importante al que la industria de los semiconductores se enfrenta en los próximos veinte años.
En este sentido, hace dos años el profesor Andre Geim y sus colegas descubrieron una nueva clase de material que podía ser visto como niveles atómicos individuales separados de una masa de cristales. Este nuevo material fue bautizado como graphene.
El graphene es una molécula de carbono bidimensional, con el espesor de un átomo, con una alta conductividad y una mínima resistencia. En estos dos años, este material se ha convertido en uno de los temas fundamentales de los que se está encargando la física. Gracias al graphene, la famosa Ley de Gordon Moore se podría dar por superada en las próximas décadas.

Material estable
Al mismo tiempo que era anunciado el descubrimiento del graphene, el profesor Geim también anunció la fabricación de un transistor mucho más pequeño a partir de este nuevo material. Aquel primer transistor resultó ser inservible porque no llegaba a hacer correctamente su función de “interruptor”.
Ahora, el equipo de la Universidad de Manchester ha demostrado por primera vez que el graphene se muestra muy estable y con una gran conductividad, incluso cuando es cortado en tiras de sólo unos nanómetros de largo. De este modo han encontrado la manera de solucionar el problema inicial y hacer este tipo de transistores útiles para usarlos en los chips que se ensamblarán en los ordenadores del futuro.
Otros materiales conocidos, como el silicio, que domina toda esta industria, se descomponían y eran inestables incluso en tamaños diez veces mayores. Esta pobre estabilidad ha sido la mayor barrera con la que los investigadores se han topado para usarlos en futuros dispositivos electrónicos más pequeños, comprometiendo y limitando el desarrollo de la microelectrónica.
El equipo de investigación sugiere que los futuros circuitos electrónicos podrán hacerse a partir de una única lámina de graphene. Estos circuitos incluirían un elemento central o punto cuántico, una barrera semitransparente que controla los movimientos individuales de los electrones, interconectares y puertas lógicas (circuitos de conmutación integrados en el chip), todo ello hecho únicamente de graphene.
Primera prueba
El equipo de Geim ha probado esta idea fabricando un número de transistores de un único electrón que ha sido capaz de funcionar por primera vez a temperatura ambiente, y no en condiciones especiales, y con una alta calidad.
Aunque esta primera prueba es esperanzadora, los investigadores de la Universidad de Manchester advierten que en la actualidad no existe la tecnología capaz de cortar elementos individuales con precisión nanométrica.
Hacer transistores a escala realmente nanométrica es el mismo reto en el que se encuentra la tecnología basada en el silicio, sin embargo, a diferencia del silicio, el graphene se muestra totalmente estable, incluso en estos tamaños, por eso estamos esperanzados, afirma el doctor Leonid Ponomarenko, que también participa en esta investigación, en un comunicado hecho público por la Universidad de Manchester.
El profesor Geim no espera el “nacimiento” de circuitos basados en graphene hasta 2025. Hasta esa fecha, el silicio seguirá siendo dominante en los componentes microeletrónicos. Sin embargo, cree que este material es la única tecnología viable cuando la “Era del Silicio” llegue a su fin.
Este material combina las mejores cualidades de otras tecnologías que han sido consideradas como posibles sustitutas del silicio. Combina en uno sólo material, lo mejor de los nanotubos de carbono y de la electrónica molecular, asegura Geim.

CIENTÍFICOS CONSIGUEN ATRAPAR Y MANIPULAR LA LUZ USANDO GRAFENO

El logro demuestra que esta alotropía del carbono puede servir para el procesamiento de información óptica 

Un equipo de científicos de instituciones españolas ha logrado confinar la luz a escala nanométrica (con un espesor de tan solo un átomo) en grafeno. El logro confirma las predicciones teóricas sobre las propiedades de esta alotropía del carbono para procesar información óptica y para la detección ultra-sensible. La nueva técnica podría tener aplicaciones en diversas áreas, como la medicina, la biodetección, las células solares y los sensores de luz, así como los procesadores de información cuántica.
Representación artística del grafeno. Fuente: Wikimedia Commons. Equipos españoles de investigación han logrado visualizar por primera vez luz guiada con precisión nanométrica en grafeno, en una capa de átomos de carbono con un espesor de tan solo un átomo.
Esta visualización prueba lo que físicos teóricos habían predicho desde hace tiempo: que es posible atrapar y manipular luz de manera muy eficiente usando grafeno como una nueva plataforma para procesar información óptica y de detección ultra-sensible.
El estudio, que pública esta semana la revista Nature, ha sido posible gracias a las sinergias establecidas entre el Instituto de Química-Física Rocasolano (IQFR-CSIC) de Madrid, el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) de Barcelona y nanoGUNE, en San Sebastián.
Hasta ahora, se habían predicho propiedades ópticas de interés del grafeno cuando la luz se acopla a los denominados plasmones (oscilaciones de naturaleza ondulatoria del “mar” de electrones de conducción en el grafeno).
Sin embargo, no se había obtenido evidencia experimental directa de estos plasmones.
La razón es que su longitud de onda, el ‘tamaño’ de los plasmones del grafeno, es entre 10 y 100 veces menor de lo que permiten observar los microscopios ópticos convencionales.
Los investigadores han conseguido mostrar las primeras imágenes experimentales de plasmones en grafeno.
Para ello, los autores del estudio utilizaron microscopio ‘de campo cercano’ en el que una punta muy afilada convierte un haz de luz con el que se irradia en un foco de luz de tamaño nanométrico para proporcionar el momento (‘empuje’) necesario para crearlos.
Al mismo tiempo, la punta es sensible a la presencia de estas oscilaciones. Rainer Hillenbrand, líder del grupo de nanoGUNE, comenta: “¡Ver es creer! Nuestras imágenes ópticas de campo cercano prueban definitivamente la existencia de plasmones localizados y en movimiento en grafeno, y permiten una medida directa de su dramática reducción en longitud de onda.”

Estos plasmones se pueden utilizar para controlar luz eléctricamente, de manera similar a lo que tradicionalmente se consigue con electrones en un transistor.
Estas aplicaciones, que hasta ahora eran imposibles con los plasmones que existen en otros materiales, hacen viables los conmutadores ópticos eficientes de tamaño nanométrico, que permitirán realizar cálculos mediante luz en lugar de electricidad.
“Con nuestro trabajo hemos mostrado que el grafeno es una opción excelente para resolver importantes problemas tecnológicos relacionados con la modulación de luz a la velocidad de los microchips actuales,” comenta Javier García de Abajo, líder del grupo del IQFR-CSIC.
Además, esta capacidad para atrapar luz en volúmenes extraordinariamente pequeños podría alumbrar una nueva generación de nano-sensores con aplicaciones en diversas áreas, tales como medicina, biodetección, células solares y sensores de luz, así como procesadores de información cuántica.
Este resultado abre literalmente un nuevo campo de investigación y proporciona un camino viable para sintonizar luz de manera ultra-rápida, algo que no era posible hasta ahora.
Frank Koppends, líder del grupo del ICFO, lo resume así: “El grafeno es un material único y novedoso para los plasmones, un verdadero puente entre los campos de la nano-electrónica y la nano-óptica”.

MOLECULAS ARTIFICIALES QUE CAMBIAN RAPIDAMENTE DE QUIRALIDAD

Moléculas artificiales que cambian rápidamente de quiralidad
Un equipo de investigadores de diversas instituciones estadounidenses ha creado las primeras moléculas artificiales cuya quiralidad puede cambiar con rapidez del estado dextrógiro (“diestro”) al levógiro (“zurdo”) iluminándolas con un haz de luz.
Esto abre nuevas y prometedoras posibilidades de aplicación práctica para las tecnologías basadas en la radiación del orden del terahercio. Las aplicaciones potenciales abarcan una amplia gama de campos, y permitirían, entre otras cosas, reducir el consumo de energía para el procesamiento de datos, reforzar la seguridad en el ámbito policial o militar, y acelerar la transferencia de datos en las comunicaciones.
La quiralidad es la orientación distintiva, a la izquierda o a la derecha, de algunos tipos de moléculas. Explicado de modo sencillo, esto significa que la molécula puede tomar una de dos formas, siendo una como el reflejo en un espejo de la otra.
Las formas “diestra” y “zurda” de tales moléculas, formas que se conocen como enantiómeros, pueden exhibir propiedades sorprendentemente diferentes. Por ejemplo, un enantiómero de cierta molécula quiral huele a limón, y el otro huele a naranja.
La capacidad de observar o incluso conmutar la quiralidad de las moléculas usando radiación electromagnética de la banda del terahercio es un objetivo muy codiciado en el sector de la tecnología punta.
A algunos materiales naturales se les puede inducir a cambiar su quiralidad, pero el proceso, que implica cambios estructurales en el material, es débil y lento. En cambio, las nuevas moléculas artificiales desarrolladas por el equipo de Xiang Zhang, investigador en la División de Ciencias de los Materiales del Laboratorio Nacional estadounidense Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), en California, exhiben una quiralidad fuertemente dinámica, capaz de cambiar casi al instante.
Además, los creadores de estas singulares moléculas creen que el principio general de diseño en el que se han basado no está limitado al cambio de quiralidad, sino que también podría ser usado para la reversión dinámica de otras propiedades electromagnéticas.
En el trabajo de investigación y desarrollo también han participado Shuang Zhang de la Universidad de Birmingham en el Reino Unido, y Antoinette Taylor del Laboratorio Nacional estadounidense de Los Álamos en Nuevo México.

TRANSFORMAN EL DIÓXIDO DE CARBONO EN COMBUSTIBLE

El resultado sirve para propulsar vehículos corrientes, sin necesidad de someterlos a cambios de infraestructura o tecnología.
Ingenieros e investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) han desarrollado un método que permite convertir dióxido de carbono en combustible líquido (isobutanol), a través del uso de electricidad. El combustible generado puede emplearse en los sistemas de transporte sin requerir variantes en la tecnología actual, algo que resulta muy beneficioso frente a los problemas de almacenamiento que aún conlleva la energía eléctrica.
Electricidad y dióxido de carbono, la llave para generar combustibles alternativos según una nueva metodología desarrollada en la UCLA. La combinación de electricidad y el dióxido de carbono podrían transformarse en una solución para la producción de combustibles alternativos, gracias a un sistema ideado por especialistas de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA). El mecanismo creado logra transformar el dióxido de carbono en un combustible apto para su uso en vehículos con la tecnología actual, empleando electricidad en el proceso. Sería una salida interesante hasta que se optimicen los sistemas de propulsión eléctrica en forma directa.
Un grupo de ingenieros de la Henry Samueli School of Engineering and Applied Science de la UCLA parece haber obtenido una fórmula muy eficaz para lograr propulsar vehículos a través de la electricidad, pero sin requerir de los cambios tecnológicos necesarios en un coche eléctrico.
El sistema en cuestión transforma el dióxido de carbono en combustible líquido, más precisamente en isobutanol, mediante el uso de electricidad. Se elimina así un gran inconveniente: el almacenamiento de la energía eléctrica. Hoy en día, la electricidad generada por diversos métodos es aún difícil de almacenar de manera eficiente.
El trabajo del equipo de la UCLA ha sido difundido a través de una nota de prensa del mencionado centro de estudios, y también se ha desarrollado en un artículo recientemente publicado en el medio especializado Science. Por otro lado, el proyecto fue desarrollado gracias a una subvención del programa Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E), del Departamento de Energía de los Estados Unidos.
Las baterías químicas, el bombeo hidráulico o la división de agua son tecnologías que presentan baja densidad de almacenamiento de energía o que incluso son incompatibles con la infraestructura de transporte actual. Este adelanto soluciona este inconveniente, abriendo un nuevo camino en el campo de los combustibles alternativos.
Mientras el almacenamiento de electricidad a través de baterías de iones de litio presenta una baja densidad, dificultando la operatoria cotidiana de los vehículos eléctricos, al almacenarse como combustible líquido el problema estaría solucionado, ya que la densidad de almacenamiento podría ser muy alta.
Los especialistas destacaron que el nuevo sistema brindaría la posibilidad de utilizar la electricidad como energía de propulsión para el transporte, sin necesidad de cambiar la infraestructura actual. Podría ser, en consecuencia, una forma más económica y práctica de propiciar un cambio en torno a la matriz energética y de avanzar hacia un mayor uso de energías alternativas.
El equipo de ingenieros e investigadores ha empleado un microorganismo genéticamente modificado, conocido como Ralstonia eutropha H16, para producir isobutanol a partir de dióxido de carbono, mediante un electrobiorreactor. De esta forma, el combustible generado tiene como únicas fuentes al dióxido de carbono y la electricidad.
Molécula de isobutanol, combustible obtenido con electricidad, a partir del CO2. Fuente: Wikimedia Commons. Detalles del método
Para explicar el proceso desarrollado por los expertos de la UCLA es necesario recordar que la fotosíntesis es la conversión de energía luminosa en energía química, cuyo almacenamiento se produce en el azúcar. Hay dos facetas de la fotosíntesis: una reacción que requiere de la luz solar directa y una reacción en la oscuridad.
La reacción a la luz convierte la energía luminosa en energía química, mientras que la reacción en la oscuridad convierte el CO2 en azúcar, sin requerir la luz directa para producir el fenómeno. Los integrantes del grupo de investigación de la UCLA han sido capaces de separar la reacción a la luz de la reacción en la oscuridad, sin que sea necesario realizarlas al mismo tiempo.
De esta manera, en vez de utilizar la fotosíntesis biológica, los científicos han empleado paneles solares para convertir la luz solar en energía eléctrica y luego en un producto químico intermedio, utilizándolo para la fijación del dióxido de carbono que permita producir el combustible. Para los especialistas, este método podría ser más eficiente que el sistema biológico.
Según James Liao, uno de los responsables de la investigación, en lugar de utilizar hidrógeno como producto químico intermedio, que registra distintos problemas, se utiliza ácido fórmico. La electricidad es empleada para generar el ácido fórmico, y luego éste brinda el poder de fijación del CO2 en las bacterias en la oscuridad, para producir así el isobutanol. El uso de la electricidad y la bioconversión de CO2 presentan una amplia variedad de aplicaciones en productos químicos.

DUPLICAN LA PRODUCCIÓN ENERGÉTICA DE LOS PANELES SOLARES

Desarrolladas por ingenieros del MIT, además logran una potencia de salida veinte veces mayor.
Un equipo de ingenieros del MIT (Massachusetts Institute of Technology), en Estados Unidos, ha realizado una importante innovación en el terreno de la energía solar, con el diseño de nuevas células solares fotovoltaicas con configuraciones tridimensionales. Este desarrollo permite producir más del doble de energía por área con respecto a las células solares convencionales, además de lograr una potencia de salida que puede ser veinte veces mayor que la obtenida con los paneles planos.
Estas versiones a pequeña escala de paneles fotovoltaicos en tres dimensiones se encuentran entre los modelos analizados por Jeffrey Grossman y su equipo en una azotea del MIT, con el propósito de medir su producción eléctrica real durante todo el día. Imagen: Allegra Boverman. Fuente: MIT. Una nueva etapa en el desarrollo de la energía solar podría ser protagonizada por el aprovechamiento de células solares fotovoltaicas con diseño 3D, una innovación que permite obtener más del doble de la producción energética conseguida con los dispositivos planos utilizados en la actualidad. El avance ha sido realizado por un grupo de ingenieros e investigadores del MIT.
Hasta el momento, la investigación intensiva en todo el mundo relacionada con la energía solar se ha centrado mayormente en mejorar el rendimiento de las células solares fotovoltaicas y en disminuir su coste. Sin embargo, se ha prestado muy poca atención a la optimización de las formas de organización y diseño de las células solares, que normalmente presentan formas planas.
Pero un equipo de ingenieros e investigadores del MIT han partido de un enfoque muy diferente, y ha desarrollado células solares con configuraciones tridimensionales, con disposición cúbica o en forma de torres. Sorprendentemente, los resultados de las estructuras que se han probado muestran una potencia de salida que puede ser hasta 20 veces mayor que la obtenida con los paneles planos.
Asimismo, la producción energética por área logra como mínimo duplicarse, si se la compara con la generada en los paneles tradicionales, con cifras que superan estos indicadores. El avance ha sido difundido a través de una nota de prensa del MIT, y también en un artículo publicado en el medio especializado Energy and Environmental Science.
Los mayores incrementos en el potencial energético de las células solares se advirtieron en aquellas situaciones donde precisamente las mejoras son más necesarias: en lugares alejados de la línea ecuatorial, en los meses de invierno y en días nublados. Los resultados que dan sustento a esta investigación están basados en modelos informáticos y pruebas de los módulos reales al aire libre.
Según Jeffrey Grossman, líder del grupo de trabajo del MIT, el nuevo concepto podría convertirse en un sector primordial de desarrollo dentro del futuro de la energía solar fotovoltaica. En principio, los ingenieros e investigadores utilizaron un algoritmo informático para explorar una enorme variedad de configuraciones posibles para los paneles y células solares.
De esta forma se creó un software analítico, capaz de probar cualquier configuración dada en virtud de una amplia gama de parámetros, como por ejemplo la latitud geográfica, las estaciones del año o el clima imperante en el lugar donde se operarían las células solares.
Posteriormente, para confirmar las predicciones del modelo informático, se construyeron y probaron tres diferentes disposiciones de las células solares, ubicándolas en el techo de un edificio de laboratorios del MIT durante varias semanas. Es así que se lograron combinar los resultados obtenidos con los modelos teóricos y los alcanzados en la fase experimental.
Aunque el coste de la energía generada por estos módulos 3D es mayor que el registrado en la producción energética de los paneles planos convencionales, el gasto se lograría equilibrar gracias al incremento en la generación de energía por área utilizada, además de la obtención de una potencia de salida mucho más uniforme, tanto a lo largo del día como en las diferentes estaciones del año o frente a variaciones climáticas.
Al mismo tiempo, al obtener una potencia de salida más predecible y uniforme, la integración con la red eléctrica de los paneles solares sería mucho más sencilla que la obtenida actualmente con los sistemas convencionales. La razón básica para la mejora en la producción de energía es que las superficies de las estructuras 3D pueden recoger en mayor medida la luz solar en los momentos más complejos, como por ejemplo en las tardes o durante el invierno.
Según los especialistas, este tipo de innovaciones presenta actualmente un escenario favorable, ya que las células solares se han vuelto más económicas que las propias estructuras de soporte y cableado y que los procesos de instalación. A medida que el coste de las células continúe disminuyendo más rápidamente que los restantes procesos, las ventajas de los sistemas 3D se incrementarán en la misma magnitud.
En la actualidad, hasta un 65% del coste de la energía solar fotovoltaica está asociado a la instalación de los sistemas, el permiso para el uso de la tierra y otros componentes y estructuras, además de las propias células. Las opciones de diseño 3D en los dispositivos fotovoltaicos podrían proporcionar beneficios significativos en términos de captación de la luz solar en diferentes ángulos. El reto, sin embargo, es llegar a producir en masa estos elementos de una manera rentable.

VOLTAJE GENERADO POR UN EFECTO TERMOELÉCTRICO

VOLTAJE GENERADO POR UN EFECTO TERMOELÉCTRICO

Unos investigadores que estaban estudiando un efecto magnético que convierte calor en electricidad han descubierto cómo amplificarlo mil veces, un primer paso para hacer que esta tecnología sea más práctica y viable comercialmente.

El efecto en cuestión, llamado efecto Seebeck de espín, fue descubierto en 2008, y consiste en una redistribución del espín como consecuencia de la aplicación de un gradiente de temperatura. El espín de los electrones crea una corriente en materiales magnéticos que se detecta como un voltaje en un metal adyacente.

Unos investigadores de la Universidad Estatal de Ohio han descubierto cómo crear un efecto similar en un semiconductor no magnético, y producir más energía eléctrica. A este efecto amplificado le han dado el nombre de Efecto Seebeck gigante de espín.

El equipo de científicos ha conseguido incrementar de modo espectacular la cantidad de voltaje producido por grado de cambio de la temperatura dentro del semiconductor, pasando de los pocos microvoltios que hasta ahora se lograban por la vía convencional, a varios milivoltios, un aumento de mil veces en el voltaje.

Aunque los voltajes logrados con esta versión gigante del efecto siguen siendo diminutos, ese aumento de mil veces en el voltaje generado resulta toda una proeza tecnológica, y un importante paso hacia una fase futura de desarrollo que permita darle a este efecto una utilidad práctica y hacer viable comercialmente un generador basado en él.

La meta final del equipo de Joseph Heremans es lograr un dispositivo de estado sólido, que sea barato y que convierta con gran eficiencia el calor en electricidad. Los dispositivos de esta clase no tendrían ninguna pieza móvil, no se desgastarían con facilidad, y serían muy fiables.

Unos investigadores de la Universidad Estatal de Ohio han descubierto cómo crear un efecto similar en un semiconductor no magnético, y producir más energía eléctrica. (Foto: Scott Dennison/Joseph Heremans y Roberto Myers, Ohio State University)

Esta línea de investigación podría posibilitar que los dispositivos electrónicos reciclasen parte de su propio calor residual, generado electricidad extra a partir del mismo. En un ordenador, un sistema de conversión eficiente de esa clase podría hacer posible la computación energizada por calor, o, actuando a la inversa, podría proporcionar refrigeración.

Investigadores de muchas partes del mundo están trabajando para desarrollar una electrónica que se valga del espín de los electrones para leer y escribir datos. La espintrónica, que es como se le llama a esa clase de electrónica, cuenta con muchas ventajas potenciales, ya que los dispositivos espintrónicos podrían almacenar más datos en menos espacio, procesar con mayor rapidez esos datos y consumir menos energía. Y el efecto Seebeck de espín puede impulsar el concepto de la espintrónica aún más allá, al usar el calor para inducir una “corriente espintrónica”.

Por ahora, el uso práctico del efecto Seebeck gigante de espín aún está lejos en el horizonte tecnológico, puesto que primero habrá que solucionar varios impedimentos técnicos importantes. Sin embargo, el camino ya está abierto.

En el trabajo de investigación y desarrollo también han intervenido Roberto Myers, Christopher Jaworski y Ezekiel Johnston-Halperin.

UN DEDO FALSO PARA INCREMENTAR NUESTRO SENTIDO DEL TACTO

En un futuro este sistema nos podría permitir tener sensación de tacto en entornos virtuales.
Una segunda piel con electrodos de oro para incrementar nuestro sentido del tacto, es lo que han desarrollado científicos estadounidenses haciendo uso de los últimos avances en nanotecnología.
El equipo de investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign Estados Unidos, presentó en la revista IOPS Science and Medecine un dedo de goma con sensores que permite a quien lo usa calibrar con mejor precisión factores como la temperatura, presión o grosor de un material.
Contenido relacionado manos robóticas que sienten lo que tocan. El mando para videojuegos que te hace sentir, tacto virtual para mejorar cirugías de tumores. En principio, se cree que el invento podría ser muy útil para médicos cirujanos,  pero en un futuro podría pavimentar el camino hacia la fabricación de dispositivos que nos permitan disponer de un sentido de “tacto virtual”.
Nano-electrodos de oro, el dedo artificial está hecho a base de goma de silicona al que se le acopló  a un circuito flexible hecho con láminas de poliamida. En el interior de estas láminas se ubicaron unos finos electrodos de oro y en el exterior se colocaron sensores que regulan la sensación amplificada del tacto.
Según explicaron los científicos, cuando la persona se lo coloca en el dedo nota un cosquilleo causado por pequeñas corrientes eléctricas reguladas por estos sensores dependiendo del material que se toca.
Este sistema eléctrico, explicaron, se alimenta de la energía proporcionada por una batería acoplada en la muñeca del usuario. El sistema podría usarse en la elaboración de equipamiento deportivo.
De acuerdo al trabajo, la idea de usar estimulaciones eléctricas moduladas para optimizar nuestras sensaciones cutáneas no es nueva.
Los primeros estudios se desarrollaron en la década de los 50, y durante los 70 se exploró la posibilidad de aplicarlo en la elaboración de aparatos y pantallas para personas con discapacidad visual.
Pero los últimos avances en materia de sensores y sistemas electrónicos flexibles, ha permitido el desarrollo de dispositivos electrónicos adaptables y no invasivos.
MC10, empresa estadounidense a cargo de comercializar esta tecnología trabaja ahora en conjunción con la firma Medronic para elaborar un sistema que permita colocar esta segunda piel en el interior de las paredes del corazón para monitorear su funcionamiento, sobre todo en personas con ritmo cardíaco irregular.
También se adelantó que MC10 está trabajando con la compañía deportiva Reebok en un producto que saldría a la venta a final de año.