MATERIAL FLEXIBLE HASTA 50% MAS DURO QUE EL ACERO

Material flexible molibdeno laminaEl disulfuro de molibdeno es un material parecido al grafito, muy abundante en la Tierra y que se ha revelado como una de las claves del futuro de la electrónica flexible, al presentar mejores rendimientos que los semiconductores orgánicos utilizados hasta el momento. Ahora un grupo de investigación español y holandés ha estudiado las propiedades mecánicas de este material en un trabajo pionero publicado en la revista Advanced Materials.
Para estudiar este prometedor material los científicos de la Universidad Autónoma de Madrid y la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos) crearon láminas hasta cien mil veces más delgadas que un folio de papel y estudiaron su comportamiento con un microscopio de fuerzas atómicas. Con él consiguieron determinar la fuerza necesaria para deformar la membrana y romperla. Según el trabajo de los científicos, las nanoláminas de disulfuro de molibdeno son hasta un 50 por ciento más duras que el acero con la peculiaridad de que son “sorprendentemente flexibles”.
Estas propiedades abren un mundo de posibilidades para la electrónica del futuro, pues utilizando plásticos como sustratos, capas ultrafinas de compuestos como el disulfuro de molibdeno o el grafeno pueden actuar mejor que los semiconductores actuales. Además, como indican desde la Universidad Autónoma, sus aplicaciones no solo se limitan a envases y revistas con pantallas flexibles, sino que también podría utilizarse para crear sensores versátiles como por ejemplo para controlar los daños estructurales de un edificio o adheridos a la ropa para monitorizar pacientes.
El disulfuro de molibdeno proviene de la molibdenita, un mineral muy abundante similar al grafito tanto en apariencia como en tacto, que se produce en depósitos minerales hidrotermales de alta temperatura.

TELAS SOLARES FLEXIBLES DE SILICONA

tejido solarPor primera vez, una fibra óptica basada en silicio con capacidades de células solares ha sido desarrollada. La investigación abre la puerta a la posibilidad de tejer hilos de células solares de silicio para crear telas solares flexibles, curvas, o trenzadas. Los hallazgos son de un equipo internacional de químicos, físicos e ingenieros, liderados por John Badding, profesor de química en la Universidad de Penn State. Los nuevos hallaszgos se basan en trabajos anteriores al afrontar el reto de la fusión de las fibras ópticas con chips electrónicos – circuitos integrados basados en silicio que funcionan como bloques de construcción para la mayoría de dispositivos electrónicos semiconductores como células solares, ordenadores y teléfonos móviles. En lugar de combinar un chip plana con una fibra óptica ronda, el equipo encontró una manera de construir un nuevo tipo de fibra óptica – que es más delgado que el grosor de un cabello humano. Para ello, utilizaron técnicas de química de alta presión para depositar materiales semiconductores directamente, capa por capa, en los agujeros minúsculos en las fibras ópticas. En la nueva investigación, han utilizado las técnicas de química de alta presión para hacer una fibra a partir de materiales semiconductores de silicio cristalino que puede funcionar como una célula solar – un dispositivo fotovoltaico que puede generar energía eléctrica mediante la conversión de la radiación solar en electricidad de corriente continua.  Este tipo de tejido tendria una amplia gama de aplicaciones, tales como la generación de energía, la carga de la batería, detección química, y dispositivos biomédicos.

Fuente:  Penn State Sciencie

EL GRAFENO Y EL EFECTO HALL CUANTICO FRACCIONARIO

grafeno efecto hall¿Hay algo que no pueda hacer el grafeno? Sus propiedades son realmente extraordinarias y en parte por que se ha convertido en un tema “de moda” entre los físicos, el grafeno es noticia prácticamente todos los días. Miles de laboratorios alrededor del mundo se encuentran trabajando con este material, buscando aplicaciones prácticas (y patentes rentables) por lo que no es extraño que periódicamente se le descubran nuevas propiedades. Uno de los últimos hallazgos proviene de un equipo de físicos de EE.UU. (Universidad de Harvard ) y Alemania (Instituto Max-Planck de Física del Estado Sólido), liderados por Amir Yacoby, que ha descubierto en el grafeno lo que llaman “efecto Hall cuántico fraccionario” (FQHE, por fractional quantum Hall effect).
– Este efecto tiene lugar cuando los portadores de carga (básicamente electrones) se encuentran confinados en un espacio 2D y son atravesados perpendicularmente, a lo largo del eje Z, por un campo magnético. El grafeno, como ya hemos explicado alguna vez, es una retícula bidimensional de átomos, por lo que era un buen candidato para buscar en él este efecto. Cuando se induce una corriente a lo largo del eje X de esta malla, aparece una tensión -denominada tensión de Hall- en la dirección Y. A temperaturas muy bajas, esta tensión se cuantifica en etapas diferentes o estados Hall. El FQHE difiere del efecto Hall cuántico entero más conocido. Aparece como resultado de las interacciones fuertes que se producen entre los electrones, provocando que estos portadores de carga se comportan como cuasi-partículas, con una carga que es una fracción de la de un electrón. Estas cuasi-partículas de carga fraccionada  son las responsables del FQHE y, posiblemente, una característica muy útil para el desarrollo de futuros ordenadores cuánticos.

EL GRAFENO CONVIERTE LA LUZ EN ELECTRICIDAD

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Un equipo del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), en colaboración con el Massachussets Institute of Techology de Estados Unidos, el Max Planck Institute for Polymer Research de Alemania y Graphenea S.L. de Donostia-San Sebastián, muestran en Nature Physics que el grafeno es capaz de convertir un fotón absorbido en múltiples electrones que pueden conducir corriente eléctrica.
Este prometedor descubrimiento convierte el grafeno en una importante alternativa para la tecnología de energía solar, actualmente basada en semiconductores convencionales como el silicio.
“En la mayoría de los materiales, un fotón absorbido genera un solo electrón, pero en el caso del grafeno hemos visto que un fotón absorbido es capaz de producir muchos electrones excitados, y por lo tanto una señal eléctrica mayor” explica Frank Koppens, líder del grupo de la investigación en ICFO.
Esta característica hace del grafeno el ladrillo ideal para la construcción de cualquier dispositivo que quiera convertir la luz en electricidad. En particular, permite la producción de potenciales células solares y detectores de luz que absorban la energía del sol con pérdidas mucho menores.
El experimento ha consistido en mandar un número conocido de fotones a diferentes energías sobre una capa fina de grafeno. “Hemos visto que los fotones de alta energía –por ejemplo, los de color violeta– inducen un mayor número de electrones excitados que los fotones de baja energía –por ejemplo, los infrarrojos–”, explica Klass-Jan Tielrooij, investigador del ICFO que ha realizado el experimento.
“En ambos casos siempre era igual o superior al número de fotones mandado –prosigue–. Esta relación nos muestra que el grafeno convierte la luz en electricidad con una eficiencia muy alta. Hasta ahora se especulaba que el grafeno tenía un gran potencial para convertir luz en electricidad, pero ahora hemos visto que es incluso mejor de lo esperado”.
Aunque aún hay algunos aspectos que los científicos están tratando de mejorar, como la baja absorción del número de fotones, el grafeno tiene el potencial de provocar cambios radicales en muchas tecnologías actualmente basadas en semiconductores convencionales.
El próximo reto
“Se sabía que el grafeno es capaz de absorber un espectro muy grande de colores de la luz. Sin embargo, ahora sabemos que una vez el material ha absorbido esta luz, la eficiencia de conversión de energía es muy alta. Nuestro próximo reto será encontrar formas para extraer la corriente eléctrica y mejorar la absorción del grafeno. Entonces seremos capaces de diseñar dispositivos de grafeno que detectan la luz de manera más eficiente, dando paso a células solares más eficientes “, concluye Koppens.
Todo parece indicar que en las próximas décadas se va a vivir un cambio de paradigma con el grafeno similar al que ocurrió con el plástico el siglo pasado. Móviles que se pliegan, placas solares trasparentes y flexibles, ordenadores muy delgados… se podrán desarrollar con grafeno.
Las industrias y autoridades están convencidos de su gran potencial para revolucionar la economía mundial. Tal es así que la Unión Europea acaba de comprometer una inyección de 1.000 millones de euros para su desarrollo.
Nature Physics, 24 de febrero de 2013.

LEVITACION MAGNETICA DIRIGIDA POR LASER

tren de levitacion magnetica
Desde hace más de un siglo somos capaces de vencer la gravedad y volar gracias a la eficiencia aerodinámica de nuestros aviones. Hoy en día también somos capaces de flotar en el aire haciendo uso de la rama de la física que levanta más fascinación: el magnetismo.
La levitación magnética o maglev consiste en anular la fuerza gravitatoria que tira de los objetos hacia el centro de la Tierra mediante campos magnéticos intensos. Y tal y como dictan las leyes de Newton, si las dos fuerzas se compensan el objeto quedará suspendido en el aire de forma estable.
Desde hace años existen aplicaciones comerciales a la levitación magnética, aunque se centran principalmente en los trenes de alta velocidad. Aún así, la tecnología que nos permite viajar a más de 500 km/h cómodamente sentados en el interior de un tren lleva presente muchos más años de lo que puede parecer.
Las primeras patentes sobre el uso del electromagnetismo para la propulsión de trenes data de la primera década de 1900, aunque la investigación y el desarrollo continuaron durante toda la primera mitad del siglo hasta que en la Exhibición Internacional de Transporte de Hamburgo de 1979 se estrenó el primer tren de levitación magnético apto para el transporte de viajeros. Desde entonces la levitación magnética ha seguido su camino y nos ha permitido hacer cosas fabulosas, siendo quizá la más llamativa el hacer levitar seres vivos tal y como hizo André Geim para ganar el premio Nobel en el 2000, 10 años antes de compartir el premio Nobel de física con Konstantin Novoselov por sus trabajos con el grafeno.
El papel del diamagnetismo
El diamagnetismo se trata de un estado magnético de la materia que da lugar a la repulsión de los campos magnéticos. Es decir, cuando el grafito siente la presencia de un campo magnético, sus átomos se disponen de tal manera que tratan de contrarrestar dicho campo. Por lo general esta respuesta es inapreciablemente pequeña, pero si el campo magnético es lo suficientemente intenso la respuesta se hace visible y se produce la levitación magnética. Si comparamos este comportamiento con, por ejemplo, el hierro que pertenece al grupo de materiales llamados ferromagnéticos encontramos claras diferencias. Estos materiales al estar en presencia de un campo magnético tratan de alinear todos sus átomos con el campo, dando lugar una respuesta claramente visible: la imanación.
En física tenemos siempre una propiedad que nos describe un comportamiento, y en este caso es la susceptibilidad magnética la que nos dice cómo va a reaccionar un material en presencia de un campo magnético. Según su valor podemos clasificar los materiales en tres grandes grupos:
Si la susceptibilidad magnética es positiva y pequeña estamos ante un material paramagnético, como el aluminio.
Si la susceptibilidad magnética es positiva y muy grande estamos ante un material ferromagnético, como el hierro.
Si la susceptibilidad magnética es negativa estamos ante un material diamagnético, como el grafito.
Visto de otra forma y a modo de resumen: un material paramagnético dentro de un campo magnético mostrará una pequeña imanación, uno ferromagnético dará una imanación muy grande, y un diamagnético repelerá dicho campo. Como ya sabemos, en este último caso está la base de la levitación magnética.

¿QUE SON LOS SEMICONDUCTORES?

semiconductor
El término semiconductores puede mal interpretarse con facilidad. No son conductores a medias como el nombre lo sugiere.
Un semiconductor puede tener las características de un conductor o de un aislador, dependiendo de su temperatura y la FEM aplicada. El silicio puro, un material gris de apariencia metálica, es un semiconductor. A la temperatura normal no tiene electrones libres. Todos sus electrones están unidos a sus respectivos átomos.
El silicio puro a la temperatura normal es un aislador. Si su temperatura se eleva hasta cierto valor crítico, se vuelve conductor. Cuando el cristal de silicio alcanza una temperatura crítica, los electrones periféricos son desprendidos de sus átomos por la energía calorífica y flotan en los espacios de cristal. Tan pronto como la temperatura alcanza este nivel, el silicio será conductor. En el instante en que la temperatura está por debajo del nivel crítico, los electrones libres volverán a sus átomos. El silicio tendrá nuevamente su cualidad aislante.
También es posible lograr que el silicio sea conductor a la temperatura normal, si se le aplica un voltaje. Si el silicio puro se conecta a una fuente de alto voltaje, las fuertes líneas de FEM que actúan entre las terminales negativa y positiva de la fuente desprenderán electrones periféricos fuera de los átomos de silicio. El silicio será conductor cuando el alto voltaje actúe sobre él. Cuando el alto voltaje cesa, los electrones libres volverán a los átomos. El silicio volverá a comportarse como aislador. Existen sólo tres elementos que pueden clasificarse como semiconductores reales: carbono, germanio, silicio.

EL MATERIAL QUE NO PODIA EXISTIR

el material que no podia existirEl grafeno es uno de esos materiales que hace sólo unos pocos años “no podían existir”; pero que ahora se ha convertido en uno de los temas más candentes en la investigación de nuevos materiales, con centenares de laboratorios y universidades volcados en dilucidar y aprovechar sus sorprendentes propiedades.

El grafeno es, simplemente, una capa cristalina de carbono de sólo un átomo de espesor. Se la ha comparado con una reja de gallinero molecular, en la que cada átomo de carbono se une a tres átomos contiguos formando una pauta de hexágonos, parecida a un panal de abeja.
Hace ya muchos años una estructura semejante aparecía hasta en los libros elementales de física para ilustrar la diferencia entre el diamante y el grafito. En el primero, los átomos de carbono están apilados simétricamente en forma de pequeñas pirámides: La unión entre ellos es muy fuerte en cualquier dirección y de ahí la enorme dureza de esa piedra; en cambio, en el grafito la estructura es planar: Cada capa de átomos mantiene enlaces muy fuertes con los átomos contiguos, pero débiles con las otras capas. Por eso el grafito se exfolia con tanta facilidad.
El grafeno no es más que una simple capa de grafito inconcebiblemente fina. Pero precisamente por estar en el límite de lo imaginable, no puede estudiarse con las técnicas convencionales que se aplican a otros materiales, como el hierro o el cemento. Su comportamiento responde a las leyes de la física atómica, incluidos efectos cuánticos y relativistas. Hay que manejar conceptos exóticos como bandas de energía, fermiones de Dirac, constantes de estructura fina, o efecto Hall anómalo…
En el grafeno aparecen también electrones y “huecos” libres como portadores de carga eléctrica, un concepto familiar para quienes hace cincuenta años estudiaban el comportamiento íntimo de los primeros semiconductores. Eso apunta a la posibilidad de utilizar este material como base para nuevos dispositivos electrónicos. De hecho, sobre grafeno se han fabricado ya transistores de efecto de campo, unos dispositivos electrónicos capaces de conmutar a gran velocidad, y algunos prototipos simples de circuitos integrados. Es sólo cuestión de tiempo que aparezcan los primeros procesadores de grafeno.
Se conoce ya casi una docena de métodos de producción de este material. El más antiguo consiste simplemente en escribir con un lápiz blando: Al rozar sobre el papel, la mina se descama y desprende diminutos fragmentos de grafeno. El que le valió el Nobel de 2010 a André Geim (compartido con Konstantin Novoselov) se basa en arrancar delgadas capas de grafito mediante cinta adhesiva y luego disolver ésta para recuperar las delgadas capas de átomos.
Otros métodos industriales se basan en depósito epitaxial (ir depositando átomos de carbono sobre un sustrato de silicio o metal, como se hace en la fabricación de ciertos semiconductores) o tratamientos químicos a partir de compuestos de sodio, celulosa o la combustión de magnesio sobre hielo carbónico.
La promesa del grafeno se apoya en sus sorprendentes propiedades en muchos campos. De entrada, estas diminutas cadenas constituyen uno de los materiales más resistentes, cientos de veces más que el propio acero. Se han fabricado muestras de “papel de grafeno”, más flexibles, ligeras y duras que el metal. De hecho, éste es uno de los materiales-milagro que ahora investiga la industria aeronáutica.
El grafeno presenta sorprendentes propiedades ópticas. Una capa monoatómica absorbe exactamente el 2,3% de la luz blanca que lo atraviesa. Esta cifra es justo “pi” veces la constante de estructura fina, una de las constantes básicas de la física atómica. Lo cual implica que puede utilizarse como patrón de definición universal de esa cantidad. Además, la aplicación de un campo eléctrico altera sus propiedades ópticas, lo que permitrá aplicaciones que van desde lásers de estado sólido hasta conmutadores optoelectrónicos de gran velocidad.
“La estructura única y la propiedades del grafeno le dan el potencial para impactar en numerosos sectores industriales”, declaró en cierta ocasión Tomas Palacios, primer director del CG, centro de investigación de grafeno del Masasuchets Institute of Technology (MIT).
Sus aplicaciones van de lo más tech a lo más común, del internet ultrarrápido a las plantillas desodorantes para el calzado. Otras posibles aplicaciones son la fabricación de pantallas táctiles (aprovechando su transparencia y alta conductividad eléctrica), sensores de diversos tipos (el grafeno ofrece una gran superficie con espesor casi nulo), células solares flexibles (que quizás podrían “imprimirse” directamente sobre el dispositivo a alimentar), secuenciadores de ADN y condensadores eléctricos de gran capacidad (otras consecuencias de la gran superficie que ofrece el grafeno por unidad de peso). Incluso se ha observado cierto poder bactericida. Quizá en el futuro la envoltura de los tomates del super en lugar de plástico será de grafeno.

“EMBUDO” PARA APROVECHAR MEJOR LA ENERGIA SOLAR

Embudo
Los esfuerzos de la comunidad científica encaminados hacia el objetivo de lograr aprovechar para la generación de electricidad una porción mayor del espectro de la radiación solar que llega a la Tierra, se han visto recompensados recientemente con el surgimiento de un concepto revolucionario y muy prometedor: un “embudo” para la energía solar, basado en materiales operando bajo tensión elástica.
En este concepto desarrollado por el equipo de Ju Li y Xiaofeng Qian del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, con la colaboración de la Universidad de Pekín en China, el término “embudo” es una metáfora: Los electrones y los “huecos”, separados de los átomos por la energía de los fotones, son conducidos al centro de la estructura por fuerzas electrónicas, no por gravedad como en un embudo corriente.
El material, un compuesto de molibdeno, es una lámina estirada de material delgado, con su centro presionado hacia abajo por una aguja microscópica.
La presión ejercida por la aguja causa una tensión elástica que aumenta hacia el centro de la lámina. Este gradiente de tensión cambia la estructura atómica del modo preciso para “sintonizar” diferentes longitudes de onda de la luz con secciones diferentes de la lámina, abarcando de este modo una porción más amplia del espectro de la luz solar, con la consecuencia de un mejor aprovechamiento energético de la radiación emitida por el Sol.
El concepto del “embudo” para energía solar. (Imagen: Yan Liang / MIT)
La tensión estructural experimentada por un material al ser presionado o estirado no es de una sola clase. Un muelle que se comprime cuando lo apretamos y se expande cuando lo liberamos es un ejemplo de tensión elástica, distinta de la experimentada por una hoja de papel de estaño cuando la arrugamos hasta formar una bolita con ella. El nuevo diseño de embudo de energía solar se basa en controlar con precisión la tensión elástica a fin de gobernar el potencial de los electrones en el material.
Parece evidente que la manipulación precisa de la tensión elástica en los materiales constituye un nuevo y prometedor campo de investigación y desarrollo.

ENERGIA SOLAR ¿CUBRE TODAS LAS NECESIDADES ELECTRICAS DEL HOGAR?

Energia solar
Seguramente has tenido la idea de invertir en paneles solares para tu hogar, sin embargo te enfrentas a la gran pregunta ¿la energía solar puede cubrir todas las necesidades eléctricas de mi hogar?
Bueno, antes de responder a esta pregunta es importante definir cuáles son tus verdaderas necesidades básicas por ejemplo:
• Luz eléctrica
• Refrigerador
• Televisión
• Radio
Esta lista varía dependiendo de cada familia, sin embargo, existe un punto básico que todos necesitamos, la energía eléctrica.
Hay que tomar en cuenta que hoy en día existen muchos hogares cuya fuente de energía es sólo la energía solar, se trata de hogares ubicados en zonas lejanas que no tienen acceso a la red eléctrica, como los hogares del proyecto México Brilla, que ahora cuentan con focos ahorradores alimentados por paneles solares.
La energía solar sí puede cubrir las necesidades eléctricas del hogar, sin embargo, algunos aparatos eléctricos gastan demasiada energía por lo que necesitan estar conectados a la red eléctrica normal.
Puede sonar un poco confuso, por esta razón opté por buscar alguna información acerca de qué es lo que debes hacer para que la energía solar cubra todas las necesidades eléctricas de tu hogar.
La energía solar va de la mano con un hogar sustentable.
Si quieres invertir en energía solar debes iniciar por:
1.- Adoptar un estilo de vida de ahorro.- Si estás acostumbrado a dejar la televisión, el estéreo, la luz y la computadora encendida al mismo tiempo seguramente la producción de energía de los paneles solares no será suficiente. Si tu objetivo es dejar de depender de la red eléctrica el primer paso es ahorrar energía.
2.- Calcular tus necesidades eléctricas.- La manera más sencilla de calcular tu consumo de energía es revisando tus recibos de luz y hacer un promedio de tu consumo del último año.
3.- Calcular cuántos paneles solares necesitas.- Por medio de una calculadora solar, puedes determinar cuántos paneles necesitas para cubrir tus necesidades eléctricas.
Una vez que has disminuido tu consumo de electricidad y conoces cuánta energía gastas podrás calcular cuántos paneles necesitas y cuánto dinero tendrás que invertir.
Ahora que sabes que la energía solar puede cubrir todas las demandas eléctricas de tu hogar siempre y cuando tengas buenos hábitos en el ahorro de energía ¿Te gustaría instalar paneles solares en tu hogar?

DIVIDIR LA LUZ EN SUS COLORES PARA EFICIENTAR LOS PANELES SOLARES

Descomposicion de espectro-solar
Aunque has podido observar que mayoría de los productos de la tecnología moderna son cada vez más rápidos, más eficientes y sobre todo, asequibles, te habrás dado cuenta no pasa exactamente lo mismo con los paneles solares, los cuales en su mayoría solo logran una eficiencia del 20 por ciento y siguen siendo un medio caro para producir energía renovable. Luchando contra éste problema, los investigadores el mundo siguen avanzando con la tecnología que ayuda a que la electricidad solar sea asequible y eficiente.
Para que dividir la luz solar en colores
Se informó acerca de las células solares de NREL y Junction Solar, que afirma que son las más eficientes del mundo al alcanzar hasta un 44 por ciento en la escala de eficiencia, y hoy te damos otro dato de una investigación en la misma línea, que tiene como objetivo superar esto, con paneles solares que tengan hasta un 50 por ciento de eficiencia. Es un proyecto, financiado por DARPA, que pretende hacer uso de nanomateriales para dividir la luz del sol en sus colores constituyentes y luego usar materiales solares especialmente diseñados para cosechar un color específico.
Treehugger establece que, para los últimos años los científicos han estado tratando de manipular la luz a pequeña escala para clasificarla por colores, que luego pueden ser atrapados y guiados a un lugar con capas delgadas de materiales. Si bien esta tecnología hace el mismo trabajo, el problema surge cuando la tecnología se amplía. La nueva investigación nos asegura de que las células solares con la división del nanomaterial, alcanzará una eficiencia de hasta el 50 por ciento, incluso a gran escala, al menos en teoría. Aunque la tecnología todavía está en su infancia y que podría llevar años, si no es que décadas, para llegar a un nivel comercial, esto podría permitir que se produjeran paneles solares a precios competitivos y así reducir el costo de la producción de la electricidad solar.
Estaremos atentos a los avances para que todos podamos tener acceso a la electricidad limpia.