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.

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INVESTIGADORES DESCUBREN QUE EL GRAFENO SE REPARA SOLO

El grafeno es un material fascinante: una malla bidimensional de átomos de carbono cuyas propiedades parecen sacadas de la ciencia ficción, como ser transparente pero con la suficiente densidad para retener el helio, y sin embargo permite que se filtre el agua, es 200 veces mas resistente que el acero, tiene una alta conductividad térmica y eléctrica, etc.
El problema es que para sacarle provecho, debemos primero comprender el grafeno y su comportamiento (no por nada investigadores de este material ganaron el Premio Nobel de Física el 2010). La última propiedad descubierta de este material es sorprendente: tiene la habilidad para ‘repararse solo’ en caso de estar dañado.
Un equipo de físicos de la Universidad de Manchester, liderado por uno de los científicos que ganó el Nobel el 2010, disparó un rayo de electrones a una lámina de grafeno creando un pequeño orificio que luego lo llenaron con átomos de paladio y níquel. Para la sorpresa de los investigadores, si agregaban átomos de carbono al hoyo, éstos desplazaban al níquel y al paladio para volver a ‘tejer’ la malla de grafeno como si nada hubiera pasado.

Los físicos observaron además que si se llenaba el orificio con átomos de carbono puros, la malla se reparaba con su forma hexagonal perfecta, pero si se usaba un hidrocarburo, el hoyo se llenaba con formas más irregulares.

¿Será este el primer paso para crear ropa que se repare sola?
Link: Damaged graphene surfaces ‘heal spontaneously’ if torn (Wired UK)

EL GRAFENO

SACÁNDOLE PUNTA AL FUTURO

Una capa de grafito de sólo un átomo de espesor promete revolucionar la tecnología en un futuro no muy lejano. El INTI ya trabaja junto al Instituto Nacional de Metrología de Estados Unidos para adquirir conocimientos que permitan manipularlo.
Lo nuevo
El grafeno es una forma del carbono y es el nombre dado a una capa de sólo un átomo de espesor del grafito. Este material fue recientemente sintetizado y ampliamente estudiado por André Geim y Konstantin Novoselov, quienes por esta razón recibieron el premio Nobel de Física 2010. El grafito, que es el material que puede encontrarse en los lápices, consiste en un apilamiento de capas de grafeno, y en el caso de Geim y Novoselov, ellos lograron aislarlo simplemente usando cinta adhesiva. La estructura de red bidimensional que presenta el grafeno es similar a un panal de abejas y le otorga al sistema propiedades únicas, que prometen importantes aplicaciones futuras. Además, los electrones en el grafeno se comportan con efectos relativísticos extraños, aunque a velocidades mucho menores que la de la luz, que lo convierten en un sistema de gran interés en su estudio.
Los trabajos más recientes en el área han mostrado que se obtiene el mismo efecto sobre una muestra de grafeno sometida a una temperatura de 4,2 K, que es la temperatura del helio líquido. Inclusive se ha observado el efecto en el grafeno a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente, pero todavía no puede contarse con ello pues los niveles de incertidumbre con los que se obtiene la referencia hasta el momento no son deseables desde el punto de vista metrológico.
Para trabajar en el desarrollo y la investigación del grafeno para producir el QHE, el Instituto Nacional de Metrología de Estados Unidos (NIST, por sus siglas en inglés) ha iniciado un proyecto al cual invitaron al INTI a participar. Esta cooperación permite adquirir conocimientos en los aspectos básicos y aplicados relacionados al grafeno, junto con el aprendizaje de las técnicas necesarias para su síntesis y manipulación. Actualmente un miembro del Instituto se encuentra haciendo una estadía en el NIST como investigador invitado, colaborando en el desarrollo y la fabricación de las muestras de grafeno, que son crecidas en forma epitaxial en una atmósfera de argón.
La segunda etapa del proyecto estará realizada en su totalidad en el INTI y consistirá en caracterizar las muestras para determinar su aplicación en metrología: estudio de la cuantificación, análisis de la resistencia transversal y longitudinal, movilidad, dependencias del valor de la resistencia Hall (RH) con los parámetros del sistema, corriente crítica. La caracterización deberá permitir al Instituto obtener valores para RH (patrón primario de resistencia eléctrica) similares a los valores obtenidos con las muestras de Gas usadas hasta el momento, con una exactitud en la comparación de pocas partes en 109.
Pros y contras
Las propiedades del grafeno no se encuentran en otros materiales. Es el material más delgado y más fuerte conocido hasta el momento. Como conductor eléctrico presenta mejores características que el cobre, a tal punto que se piensa que en el futuro habrá toda una nueva electrónica basada en el grafeno; como conductor térmico supera a todo material conocido. Es prácticamente transparente pero tan denso que ni aún el helio, el gas atómico más liviano, puede penetrarlo. Debido a esta característica de ser prácticamente transparente (pues está formado por una única capa de átomos) y al mismo tiempo un excelente conductor eléctrico, el grafeno es un material muy adecuado para la producción de pantallas táctiles transparentes, paneles luminosos o celdas solares.
Por otro lado, si bien el grafeno es sustancialmente más fuerte que el acero, es mucho más elástico. Debido a que tanto su conductividad eléctrica como su conductividad térmica son muy altas, se está planteando el desarrollo de nuevos materiales que incrementen la resistencia al calor, y bastaría con agregar un 1% de grafeno a un material plástico para convertirlo en buen conductor eléctrico, lo que lleva a pensar en su uso en satélites, en la industria aeronáutica o en la automotriz. También, como el grafeno presenta una estructura cristalina perfecta, es muy adecuado para la producción de sensores extremadamente sensibles que podrían registrar niveles mucho más bajos de detección de los que existen hasta el momento.
Sin embargo, no todo es tan fácil. Las mismas propiedades electrónicas del material lo vuelven sensible a factores externos (presión, moléculas depositadas sobre su superficie, contaminación, entre otras), de forma tal que al producir el grafeno a escalas macroscópicas se pierde parte de su estructura cristalina. Por el momento, en la obtención del grafeno sólo se logran áreas relativamente pequeñas donde el sistema es monoatómico y monocristalino. En la actualidad la mayoría de los usos del grafeno que se han mencionado se encuentran en estado de investigación y son aún potenciales, aunque varios de ellos ya han sido probados y se cree que en los próximos años puede surgir un verdadero cambio en los sistemas electrónicos y en la ciencia de los materiales.
18-04-2012 | CIENCIA Y TECNOLOGIA | GRAFENO