El blog de nanotecnología y materiales avanzados de la Universidad de las Américas Puebla
sábado, 23 de mayo de 2009
domingo, 17 de mayo de 2009
Táctica y estrategia (hasta siempre Mario...)
Mi táctica esmirarte
aprender como sos
quererte como sos.
Mi táctica es
hablarte
y escucharte
construir con palabras
un puente indestructible.
Mi táctica es
quedarme en tu recuerdo
no sé cómo ni sé
con qué pretexto
pero quedarme en vos.
Mi táctica es
ser franco
y saber que sos franca
y que no nos vendamos
simulacros
para que entre los dos
no haya telón
ni abismos.
Mi estrategia es
en cambio
más profunda y más
simple.
Mi estrategia es
que un día cualquiera
no sé cómo ni sé
con qué pretexto
por fin me necesites.
miércoles, 13 de mayo de 2009
Cierre de entradas para Primavera 2009
Queridos alumnos:
Hasta el domingo 10 de Mayo hice conteo de entradas para blog. Posteriores no son ya contadas para nota de curso, pero son agradecidas.
Saludos.
Hasta el domingo 10 de Mayo hice conteo de entradas para blog. Posteriores no son ya contadas para nota de curso, pero son agradecidas.
Saludos.
domingo, 10 de mayo de 2009
Dispositivos nanofotónicos de silicio para detección integrada
Las posibilidades de una plataforma nanofotónica, incluidas su compactación, bajo consumo energético, integrabilidad con otras funcionalidades y alta sensibilidad, hacen que sea una candidata adecuada para aplicaciones de detección. Una fuerte interacción luz-materia en una plataforma de este tipo posibilita varios mecanismos de detección, como el cambio de índice de refracción, la emisión de fluorescencia y la dispersión Raman. Los últimos avances en dispositivos nanofotónicos incluyen: la demostración del uso de resonadores con microdiscos de silicio y de nitruro de silicio, con unos valores Q intrínsecos elevados (0,5-2×106), para una fuerte intensificación de campo; y la creación de espectrómetros de cristales fotónicos compactos (de alta resolución espectral en escalas de longitud de 100µm) para realizar análisis espectrales en un chip. Estas dos piezas fundamentales, combinadas con canales de fluidos integrados para la entrega de muestras, proporcionan una plataforma eficaz para implementar diferentes arquitecturas y mecanismos de detección.
http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JNOACQ000003000001031001000001&idtype=cvips&gifs=yes
sensor de silicioo para medicina...
La Universidad de Southampton está desarrollando un sensor biomédico basado en nanocables de silicio.
"Se puede dar esta función al cable recubriéndolo con una sustancia química que atraerá un anticuerpo concreto", comentó el Profesor Peter Ashburn paraElectronics Weekly. "Los anticuerpos suelen tener carga, por lo que alteran la conducción del nanocable; esa alteración se puede detectar".
Una versión sencilla podría consistir en un cable de silicio de 1µm de ancho sobre la superficie de un chip, señaló Ashburn, aunque esto podría no ser lo suficientemente sensible.
"Para lograr una sensibilidad más alta, se necesita una relación volumen-superficie mayor, por lo que un cable de 50nm es una ventaja", explicó.
Para incrementar aún más la sensibilidad, además de disminuir el grosor del cable la Universidad propone exponer a los anticuerpos no sólo la parte superior del cable, sino también sus laterales –el bioequivalente de un FinFET– o incluso la totalidad del cable suspendiéndolo en el aire.
Además de la estructura de detección, de la que el equipo espera tener un prototipo en 12-18 meses, el plan de tres años incluye la integración de dispositivos electrónicos y microfluidos para producir un dispositivo independiente que permite la realización rutinaria de análisis de sangre en las consultas de los médicos de cabecera.
Para ello, el grupo de nanotecnología de Ashburn y la Facultad de Medicina de la Universidad han recibido 1.330.346 libras del programa “Nano Grand Challenge in Healthcare” del gobierno.
"Se puede dar esta función al cable recubriéndolo con una sustancia química que atraerá un anticuerpo concreto", comentó el Profesor Peter Ashburn paraElectronics Weekly. "Los anticuerpos suelen tener carga, por lo que alteran la conducción del nanocable; esa alteración se puede detectar".
Una versión sencilla podría consistir en un cable de silicio de 1µm de ancho sobre la superficie de un chip, señaló Ashburn, aunque esto podría no ser lo suficientemente sensible.
"Para lograr una sensibilidad más alta, se necesita una relación volumen-superficie mayor, por lo que un cable de 50nm es una ventaja", explicó.
Para incrementar aún más la sensibilidad, además de disminuir el grosor del cable la Universidad propone exponer a los anticuerpos no sólo la parte superior del cable, sino también sus laterales –el bioequivalente de un FinFET– o incluso la totalidad del cable suspendiéndolo en el aire.
Además de la estructura de detección, de la que el equipo espera tener un prototipo en 12-18 meses, el plan de tres años incluye la integración de dispositivos electrónicos y microfluidos para producir un dispositivo independiente que permite la realización rutinaria de análisis de sangre en las consultas de los médicos de cabecera.
Para ello, el grupo de nanotecnología de Ashburn y la Facultad de Medicina de la Universidad han recibido 1.330.346 libras del programa “Nano Grand Challenge in Healthcare” del gobierno.
pasta dental made in iran
Científicos iraníes han registrado recientemente la invención de una gutapercha recubierta de nanopartículas de plata, que se puede utilizar como alternativa a los agentes para empastes dentales existentes.
Según el estudio, el nuevo compuesto tiene propiedades antidesgaste, antibacterianas y antifúngicas, por lo que se puede utilizar en el tratamiento de problemas relacionados con la raíz de los dientes.
"Tras la detección de los efectos antibacterianos de las nanopartículas de plata recién introducidas, se recubrió, por primera vez en el mundo, la gutapercha con una capa fina de dicha sustancia", comentó Seyed Omid Dianat, inventor del nuevo agente de empaste dental, para el sitio Web Iranian Nanotechnology.
Según el estudio, la gutapercha recubierta de nanopartículas de plata es eficaz para combatir el Staphylococcus aureus, la E-coli, el enterococcus faecalis y lacandida albicans.
Según el estudio, el nuevo compuesto tiene propiedades antidesgaste, antibacterianas y antifúngicas, por lo que se puede utilizar en el tratamiento de problemas relacionados con la raíz de los dientes.
"Tras la detección de los efectos antibacterianos de las nanopartículas de plata recién introducidas, se recubrió, por primera vez en el mundo, la gutapercha con una capa fina de dicha sustancia", comentó Seyed Omid Dianat, inventor del nuevo agente de empaste dental, para el sitio Web Iranian Nanotechnology.
Según el estudio, la gutapercha recubierta de nanopartículas de plata es eficaz para combatir el Staphylococcus aureus, la E-coli, el enterococcus faecalis y lacandida albicans.
Antiferromagnetic coupling in semiconductors: Magnetic materials
The phenomenon known as giant magnetoresistance (GMR), which has won the Nobel prize of physics in 2007, is based on the effect of antiferromagnetic coupling (AFC) between adjacent layers of magnetic materials. This effect has become fundamental for the manufacturing of powerful magnetic data storage devices, such as present day computer hard disks. Until recently, AFC was known only for ferromagnetic materials. Now, a team of scientists from the Department of Physics, Korea University, Seoul, the National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, and the Department of Physics, University of Notre Dame have demonstrated for the first time the existence of this property in semiconductor multilayers [Chung et al., Phys. Rev. Lett. (2008) 101, 237202].
The drawback of metallic materials capable of AFC is that they can only hold data, not process it. Thus, data has to be moved from the storage to some semiconductor-based device where it is processed, slowing down the whole system. Semiconductor materials with magnetic properties would be capable of processing and storing data at the same time, making the slow data transfer unnecessary. “For the realization of GMR-like spin memory devices with ferromagnetic semiconductors, spontaneous AFC must be obtained in respective multilayer structures. Our discovery is exactly this spontaneous anitiferromagnetic spin alignment in GaMnAs multilayers, separated by a non-magnetic material”, explains J.-H. Chung, the corresponding author. “This combination would provide a significant advantage over metallic systems, because the memory function could be operated by gate voltage instead of current as in the case of metallic ferromagnetic systems.” Chung and his group were able to develop this promising material by introducing extra charge carriers (Be) in the insulating, non-magnetic GaAs spacers that separate the GaMnAs layers. In other words, layers of magnetic doped semiconductors are spaced by layers of carrier-doped semiconductors. The researchers proved this multilayer arrangement by studying the stacks by means of a method known as polarized neutron reflectometry.
Although the fabrication of the material is relatively inexpensive, GaMnAs-based multilayers cannot be utilized practically for spintronic devices so far because of their rather low Curie temperature (Tc). “Up to now, about 170 K in the single GaMnAs layer is the highest Tc we observed,” says Chung. “Therefore, further effort must be made to find similar materials with higher Tc.” Once respective semiconductor-based multilayer systems operating at ambient temperatures are developed, they will have substantial advantages over the existing metallic ferromagnetic systems due to the possibility of easy electrical control.
http://www.materialstoday.com/archive/2009/12-02/news04.html
sábado, 9 de mayo de 2009
Programa de Estancias de Investigación (Jóvenes a la Investigación) en el Centro de Nanociencias y Nanotecnología de la UNAM (Ensenada, BC)
Requisitos:
Los interesados deberán presentar:
-La solicitud de inscripción (Fecha límite de recepción el día Lunes 15 de mayo)
-Carta de recomendación oficial y personalizada expedida por algún profesor que conozca el desempeño del alumno y que pueda opinar sobre su posible participación en la institución.
-Llenar y enviar el cuestionario.
-Becas: Únicamente para estudiantes de Licenciatura, Ingeniería o Maestría que vivan fuera de Ensenada, el número es limitado.
* Solicitarla por escrito desde hoy hasta el día 15 de mayo del 2009
* Promedio mínimo 8.5
Enviar Documentación al email jovenes@cnyn.unam.mx
Mayores informes con:
Dr. Jesús Leonardo Heiras Aguirre heiras@cnyn.unam.mx
Dr. Manuel Herrera Zaldívar zaldivar@cnyn.unam.mx
Fís. Jorge Palomares pichon@cnyn.unam.mx
Dr. Armando Reyes Serrato armando@cnyn.unam.mx
Los interesados deberán presentar:
-La solicitud de inscripción (Fecha límite de recepción el día Lunes 15 de mayo)
-Carta de recomendación oficial y personalizada expedida por algún profesor que conozca el desempeño del alumno y que pueda opinar sobre su posible participación en la institución.
-Llenar y enviar el cuestionario.
-Becas: Únicamente para estudiantes de Licenciatura, Ingeniería o Maestría que vivan fuera de Ensenada, el número es limitado.
* Solicitarla por escrito desde hoy hasta el día 15 de mayo del 2009
* Promedio mínimo 8.5
Enviar Documentación al email jovenes@cnyn.unam.mx
Mayores informes con:
Dr. Jesús Leonardo Heiras Aguirre heiras@cnyn.unam.mx
Dr. Manuel Herrera Zaldívar zaldivar@cnyn.unam.mx
Fís. Jorge Palomares pichon@cnyn.unam.mx
Dr. Armando Reyes Serrato armando@cnyn.unam.mx
viernes, 8 de mayo de 2009
sensores de luz
Investigadores del Laboratorio Nacional de Sandia, en Livermore, California, desarrollaron primeros aparatos con nanotubos de carbono con la capacidad de detectar el espectro visible de la luz en su totalidad. Éste desarrollo es importante por su utilidad en aplicaciones como cámaras diminutas, retinas artificiales o células solares que absorban más luz.
"El sensor de luz del interior de una cámara digital camera convierte la luz en una señal eléctrica porque los fotones, a medida que bombardean el silicio, crean agujeros de electrones en el material. En cambio, los sensores de luz de nanotubos de carbono funcionan de forma similar a los ojos biológicos. Los nanotubos están decorados con tres tipos de cromofóros (moléculas que cambian de forma en respuesta a una determinada longitud de onda de la luz). Este cambio de forma origina un cambio en las orientaciones de los cromóforos con respecto al nanotubo, lo que a su vez modifica la conductividad eléctrica del nanotubo de un modo que se puede medir para deducir el color y la intensidad de la luz. Los investigadores de Sandia utilizaron tres tipos diferentes de cromóforos, que responden a las bandas roja, verde o azul del espectro de la luz visible."
http://www.euroresidentes.com/Blogs/nanotecnologia/2009/03/sensores-de-luz-de-nanotubos.html
de las ventajas que podemos encontrar de esta investigación las más importantes son el tamaño de los sensores y su alta resolución y su potencial aplicación para retinas artificiales.
"El sensor de luz del interior de una cámara digital camera convierte la luz en una señal eléctrica porque los fotones, a medida que bombardean el silicio, crean agujeros de electrones en el material. En cambio, los sensores de luz de nanotubos de carbono funcionan de forma similar a los ojos biológicos. Los nanotubos están decorados con tres tipos de cromofóros (moléculas que cambian de forma en respuesta a una determinada longitud de onda de la luz). Este cambio de forma origina un cambio en las orientaciones de los cromóforos con respecto al nanotubo, lo que a su vez modifica la conductividad eléctrica del nanotubo de un modo que se puede medir para deducir el color y la intensidad de la luz. Los investigadores de Sandia utilizaron tres tipos diferentes de cromóforos, que responden a las bandas roja, verde o azul del espectro de la luz visible."
http://www.euroresidentes.com/Blogs/nanotecnologia/2009/03/sensores-de-luz-de-nanotubos.html
de las ventajas que podemos encontrar de esta investigación las más importantes son el tamaño de los sensores y su alta resolución y su potencial aplicación para retinas artificiales.
materiales con aplicacion deportiva
Los nuevos materiales representan hoy en día la próxima revolución tecnológica, con nuevas propiedades que los hacen mejores que los materiales convencionales. Podemos encontrar materiales ultra elásticos, autorreparadores y más resistentes. Y un sector importante que los está explotando es sin duda el deportivo.
Por ejemplo; los coches de fórmula 1 están construidos básicamente de materiales composites. Debido a que se necesitan materiales ligeros que puedan disminuir el peso del vehículo y aumentar la potencia y de esta manera ahorrar energía para la carrera. No es ridículo pensar en una total sustitución del acero en la industria de los automóviles.
Otro ejemplo de nuevos materiales en el deporte son las raquetas con las que Nadal y Federer mantienen en vilo a los aficionados. Fabricadas con materiales tan ligeros, que llegaron a sustituir por completo las raquetas de madera usadas anteriormente. Y lo mismo podría decirse de los palos de golf de Sergio García o de Tiger Woods.
La ingeniería de materiales trabaja arduamente en la extracción, desarrollo, procesado y ensayo de nuevos materiales y crean con ellos desde microchips y pantallas, tejidos y prótesis para aplicaciones médicas o raquetas de tenis, palos de golf, tablas de esquí, balones de fútbol, bicicletas, canoas, remos, trajes de baño y todo tipo de materiales deportivos. Ahora mas que antes con el desarrollo de la nanotecnología las fronteras de lo posible y lo imposible se han redistribuido. Podemos ahora conseguir mejores materiales con los que antes ni se podía soñar.
El plástico, por ejemplo, ha generado una auténtica revolución en el mundo del deporte, en lo que se refiere a la elasticidad extrema del equipamiento deportivo, de la funcionalidad de la ropa y el calzado deportivo, la reducción del peso del equipamiento o la resistencia extraordinaria de los materiales en las construcciones de los estadios. Esta evolución se ha desarrollado hasta el punto de que en la actualidad, sin los materiales poliméricos apenas sería posible alcanzar nuevos récords.
Hoy en día, la relación entre estructura, orden molecular y propiedades de los plásticos ya ha sido investigada en su mayor parte. Esto permite el desarrollo de productos de alta tecnología, hechos a medida para cada uso específico. En función de las necesidades y el ámbito de uso, la variación de las propiedades de los plásticos se efectúa mediante mezclas de polímeros y modificaciones de polímeros estándar, que pasan a ser copolímeros, así como un sistema de componentes aditivos, como estabilizadores y materiales de relleno y de refuerzo.
El motor de estos desarrollos es el deporte profesional, sin embargo esto no significa que la tecnología deportiva no esté al alcance de los deportistas amateurs. Con frecuencia podemos ver adaptaciones de los materiales utilizados profesionalmente enfocado para la práctica amateur.
La mejor funcionalidad y el diseño cada vez más imaginativo de los artículos deportivos animan a cada vez más personas a realizar alguna actividad deportiva y, disciplinas deportivas técnicamente exigentes. Por ejemplo, el esquí o el snowboard, han pasado a ser deportes bastante populares. Así, por ejemplo, gracias a los materiales sandwich ultraligeros se reduce el peso de los snowboards. Antes, estas tablas estaban compuestas de una combinación de varios materiales. Sin embargo, la madera utilizada a menudo en el núcleo siempre ha implicado un cierto peso. Aquí, los materiales compuestos con refuerzo tipo colmena, utilizados en el sector aeronáutico son un material alternativo. El material poliuretano Baypreg de Bayer MaterialScience AG garantiza la cohesión necesaria entre la ligera capa central y las capas recubridoras. El sistema líquido de dos componentes con el que se impregnan las capas recubridoras reacciona, bajo temperaturas elevadas, durante el prensado formador del compuesto en tan sólo unos pocos minutos, uniendo así de forma duradera todos los componentes.
Sin importar realmente el deporte que estemos realizando, es indudable el desgaste propiciado en el pie del atleta, es por esto que mediante el uso de pegamentos y plásticos de alto rendimiento se modifican las propiedades de los materiales empleados en suelas y componentes de zapatos. Así, por ejemplo, con el material de poliuretano para suelas Bayflex Integral Plus se pueden ahorrar bastantes gramos frente a las espumas estándar. Combinaciones probadas de agentes propelentes así como aditivos ecológicos garantizan que la capa limítrofe, gruesa y maciza, sólo se forme en el lado inferior de la suela.
Sin embargo, la optimización continúa. Así los expertos de adidas trabajan en el desarrollo del balón para la Copa del Mundo 2006 en Alemania. No obstante, también en todas las demás disciplinas deportivas se están mejorando los presupuestos para lograr un rendimiento deportivo más elevado, así como para poder reaccionar ante tendencias de moda, mediante materiales nuevos u optimizados y nuevos procesos de producción.
Debido a esto es predecible que el desarrollo de materiales no sólo en el área deportiva si no en todas las áreas industriales sea factor importante para alcanzar nuevas metas, nuevos propósitos y nueva tecnología. Indiscutiblemente es gracias a la ciencia de materiales que podemos alcanzar y romper récords deportivos con los que en la antigüedad sólo podían soñar los competidores.
Pero todavía falta mucho para poder decir que explotamos al límite el sector deportivo en cuanto a materiales se refiere. La investigación está en pañales y son muchos los deportes que todavía esperan y exigen mejorías. Los ejemplos anteriores son sólo unos pocos en los que los nuevos materiales están siendo aplicados, sin embargo hablar de todos los sectores de aplicación sería extendernos demasiado, lo importante es podernos detener y detectar los materiales avanzados en el sector deportivo, con materiales cuyas características damos por hechas y son obra de una extensa investigación en materiales.
Por ejemplo; los coches de fórmula 1 están construidos básicamente de materiales composites. Debido a que se necesitan materiales ligeros que puedan disminuir el peso del vehículo y aumentar la potencia y de esta manera ahorrar energía para la carrera. No es ridículo pensar en una total sustitución del acero en la industria de los automóviles.
Otro ejemplo de nuevos materiales en el deporte son las raquetas con las que Nadal y Federer mantienen en vilo a los aficionados. Fabricadas con materiales tan ligeros, que llegaron a sustituir por completo las raquetas de madera usadas anteriormente. Y lo mismo podría decirse de los palos de golf de Sergio García o de Tiger Woods.
La ingeniería de materiales trabaja arduamente en la extracción, desarrollo, procesado y ensayo de nuevos materiales y crean con ellos desde microchips y pantallas, tejidos y prótesis para aplicaciones médicas o raquetas de tenis, palos de golf, tablas de esquí, balones de fútbol, bicicletas, canoas, remos, trajes de baño y todo tipo de materiales deportivos. Ahora mas que antes con el desarrollo de la nanotecnología las fronteras de lo posible y lo imposible se han redistribuido. Podemos ahora conseguir mejores materiales con los que antes ni se podía soñar.
El plástico, por ejemplo, ha generado una auténtica revolución en el mundo del deporte, en lo que se refiere a la elasticidad extrema del equipamiento deportivo, de la funcionalidad de la ropa y el calzado deportivo, la reducción del peso del equipamiento o la resistencia extraordinaria de los materiales en las construcciones de los estadios. Esta evolución se ha desarrollado hasta el punto de que en la actualidad, sin los materiales poliméricos apenas sería posible alcanzar nuevos récords.
Hoy en día, la relación entre estructura, orden molecular y propiedades de los plásticos ya ha sido investigada en su mayor parte. Esto permite el desarrollo de productos de alta tecnología, hechos a medida para cada uso específico. En función de las necesidades y el ámbito de uso, la variación de las propiedades de los plásticos se efectúa mediante mezclas de polímeros y modificaciones de polímeros estándar, que pasan a ser copolímeros, así como un sistema de componentes aditivos, como estabilizadores y materiales de relleno y de refuerzo.
El motor de estos desarrollos es el deporte profesional, sin embargo esto no significa que la tecnología deportiva no esté al alcance de los deportistas amateurs. Con frecuencia podemos ver adaptaciones de los materiales utilizados profesionalmente enfocado para la práctica amateur.
La mejor funcionalidad y el diseño cada vez más imaginativo de los artículos deportivos animan a cada vez más personas a realizar alguna actividad deportiva y, disciplinas deportivas técnicamente exigentes. Por ejemplo, el esquí o el snowboard, han pasado a ser deportes bastante populares. Así, por ejemplo, gracias a los materiales sandwich ultraligeros se reduce el peso de los snowboards. Antes, estas tablas estaban compuestas de una combinación de varios materiales. Sin embargo, la madera utilizada a menudo en el núcleo siempre ha implicado un cierto peso. Aquí, los materiales compuestos con refuerzo tipo colmena, utilizados en el sector aeronáutico son un material alternativo. El material poliuretano Baypreg de Bayer MaterialScience AG garantiza la cohesión necesaria entre la ligera capa central y las capas recubridoras. El sistema líquido de dos componentes con el que se impregnan las capas recubridoras reacciona, bajo temperaturas elevadas, durante el prensado formador del compuesto en tan sólo unos pocos minutos, uniendo así de forma duradera todos los componentes.
Sin importar realmente el deporte que estemos realizando, es indudable el desgaste propiciado en el pie del atleta, es por esto que mediante el uso de pegamentos y plásticos de alto rendimiento se modifican las propiedades de los materiales empleados en suelas y componentes de zapatos. Así, por ejemplo, con el material de poliuretano para suelas Bayflex Integral Plus se pueden ahorrar bastantes gramos frente a las espumas estándar. Combinaciones probadas de agentes propelentes así como aditivos ecológicos garantizan que la capa limítrofe, gruesa y maciza, sólo se forme en el lado inferior de la suela.
Sin embargo, la optimización continúa. Así los expertos de adidas trabajan en el desarrollo del balón para la Copa del Mundo 2006 en Alemania. No obstante, también en todas las demás disciplinas deportivas se están mejorando los presupuestos para lograr un rendimiento deportivo más elevado, así como para poder reaccionar ante tendencias de moda, mediante materiales nuevos u optimizados y nuevos procesos de producción.
Debido a esto es predecible que el desarrollo de materiales no sólo en el área deportiva si no en todas las áreas industriales sea factor importante para alcanzar nuevas metas, nuevos propósitos y nueva tecnología. Indiscutiblemente es gracias a la ciencia de materiales que podemos alcanzar y romper récords deportivos con los que en la antigüedad sólo podían soñar los competidores.
Pero todavía falta mucho para poder decir que explotamos al límite el sector deportivo en cuanto a materiales se refiere. La investigación está en pañales y son muchos los deportes que todavía esperan y exigen mejorías. Los ejemplos anteriores son sólo unos pocos en los que los nuevos materiales están siendo aplicados, sin embargo hablar de todos los sectores de aplicación sería extendernos demasiado, lo importante es podernos detener y detectar los materiales avanzados en el sector deportivo, con materiales cuyas características damos por hechas y son obra de una extensa investigación en materiales.
¿Telaraña con nanotecnologia?
Científicos alemanes han añadido diminutas cantidades de metales a la tela de araña para hacerla aún más fuerte y elástica. Según los investigadores, la técnica podría conducir al desarrollo de textiles, hilo quirúrgico o tejidos artificiales (como huesos y tendones) superresistentes. Tough, lightweight materials could also be useful for applications in fields as diverse as construction, aircraft technology and space technology.
La tela de araña es famosa por ser más firme y ligera que el acero. En su último estudio, publicado en la revista Science, los investigadores aprovecharon un truco de la naturaleza con el objetivo de potenciar aun más las propiedades de este material ya de por sí extraordinario.
Muchos insectos y otras criaturas incorporan pequeñas cantidades de metales como zinc, manganeso, calcio o cobre en partes de su cuerpo (p. ej. mandíbulas, garras y aguijones) para hacerlas más duras. Los científicos utilizaron una técnica llamada “deposición de capa atómica” (ALD, por sus siglas en inglés) para introducir iones de zinc, titanio y aluminio en la tela de araña.
Normalmente, la deposición de capa atómica tan sólo deja una capa de óxidos de metales sobre la superficie de la fibra tratada; por tanto, tratar la tela de araña de ese modo apenas produciría efectos sobre su resistencia. Sin embargo, adaptando ligeramente la técnica, los investigadores fueron capaces de infiltrar los iones de los metales en la tela de araña, logrando que formen parte del hilo.
La telaraña tratada de este modo es más fuerte y más elástica que la no tratada; según los científicos, hace falta 10 veces más energía para romper la telaraña tratada que la natural.
El trabajo es muy prometedor en cuanto a aplicaciones prácticas, ya que con este método se podría hacer que muchos otros biomateriales fuesen más dúctiles y resistentes a rupturas, explicó el Dr. Mato Knez, del Instituto Max Planck de Física de Microestructuras, en Alemania.
No obstante, tiene una limitación: la técnica sólo funciona en materiales constituidos en gran parte de proteínas. Aún así, el Dr. Knez y su equipo ya han utilizado esto en su favor y ha logrado utilizar la técnica para reforzar hilos hechos de colágeno, la proteína que protege los huesos de fracturas y la piel de desgarros.
El mecanismo exacto por el cual el metal se infiltra en la telaraña y hace que se vuelva más fuerte continúa siendo desconocido, aunque los científicos ofrecen algunas ideas en su trabajo.
La tela de araña es famosa por ser más firme y ligera que el acero. En su último estudio, publicado en la revista Science, los investigadores aprovecharon un truco de la naturaleza con el objetivo de potenciar aun más las propiedades de este material ya de por sí extraordinario.
Muchos insectos y otras criaturas incorporan pequeñas cantidades de metales como zinc, manganeso, calcio o cobre en partes de su cuerpo (p. ej. mandíbulas, garras y aguijones) para hacerlas más duras. Los científicos utilizaron una técnica llamada “deposición de capa atómica” (ALD, por sus siglas en inglés) para introducir iones de zinc, titanio y aluminio en la tela de araña.
Normalmente, la deposición de capa atómica tan sólo deja una capa de óxidos de metales sobre la superficie de la fibra tratada; por tanto, tratar la tela de araña de ese modo apenas produciría efectos sobre su resistencia. Sin embargo, adaptando ligeramente la técnica, los investigadores fueron capaces de infiltrar los iones de los metales en la tela de araña, logrando que formen parte del hilo.
La telaraña tratada de este modo es más fuerte y más elástica que la no tratada; según los científicos, hace falta 10 veces más energía para romper la telaraña tratada que la natural.
El trabajo es muy prometedor en cuanto a aplicaciones prácticas, ya que con este método se podría hacer que muchos otros biomateriales fuesen más dúctiles y resistentes a rupturas, explicó el Dr. Mato Knez, del Instituto Max Planck de Física de Microestructuras, en Alemania.
No obstante, tiene una limitación: la técnica sólo funciona en materiales constituidos en gran parte de proteínas. Aún así, el Dr. Knez y su equipo ya han utilizado esto en su favor y ha logrado utilizar la técnica para reforzar hilos hechos de colágeno, la proteína que protege los huesos de fracturas y la piel de desgarros.
El mecanismo exacto por el cual el metal se infiltra en la telaraña y hace que se vuelva más fuerte continúa siendo desconocido, aunque los científicos ofrecen algunas ideas en su trabajo.
Nanofibras y biomateriales
El cristal bioactivo está considerado actualmente como el material más biocompatible en el campo de la regeneración ósea debido a su bioactividad, osteoconductividad (capacidad del material para actuar como andamiaje y soportar el acoplamiento celular y la consiguiente formación y deposición de matriz ósea) e incluso osteoinductividad (especie de andamio que ayuda a las células precursoras osteogénicas a diferenciar entre las células óseas maduras). Sin embargo, la fórmula del cristal bioactivo se ha limitado a fibras en la escala del micrón, polvos y bulk. Ahora, investigadores de Corea del Sur y el Reino Unido han fabricado, por primera vez, un cristal bioactivo en forma de nanofibras. Este material, que presenta una bioactividad excelente, podría abrir la puerta al desarrollo de nuevos materiales de regeneración ósea nanoestructurados para la medicina regenerativa y la ingeniería de tejidos.
Se han estudiado materiales para aplicaciones biomédicas con el fin de aumentar y regenerar tejidos humanos que han sufrido algún daño o enfermedad. A lo largo de los últimos diez años la demanda de biomateriales sintéticos ha aumentado significativamente y se han dedicado muchos esfuerzos al área de ingeniería de tejidos y biomateriales.
El Prof. Hae-Won Kim, del departamento de Biomateriales Dentales de la Universidad de Dankook, en Corea del Sur, explicó los beneficios del biocristal para Nanowerk: “La mayoría de los estudios en vivo sobre biocristales han confirmado su excelente biocompatibilidad tanto con tejidos duros como blandos. Esto se atribuye principalmente a su capacidad para formar una capa bioactiva en la interfaz en contacto con los tejidos vivos, llamada capa de hidroxicarbonato de apatita (HCA), que equivale a la fase mineral de los tejidos humanos duros. Basándose en amplias investigaciones realizadas en vivo e in vitro, los cristales bioactivos están considerados como uno de los biomateriales más prometedores de la ‘próxima generación’”.
Se han estudiado materiales para aplicaciones biomédicas con el fin de aumentar y regenerar tejidos humanos que han sufrido algún daño o enfermedad. A lo largo de los últimos diez años la demanda de biomateriales sintéticos ha aumentado significativamente y se han dedicado muchos esfuerzos al área de ingeniería de tejidos y biomateriales.
El Prof. Hae-Won Kim, del departamento de Biomateriales Dentales de la Universidad de Dankook, en Corea del Sur, explicó los beneficios del biocristal para Nanowerk: “La mayoría de los estudios en vivo sobre biocristales han confirmado su excelente biocompatibilidad tanto con tejidos duros como blandos. Esto se atribuye principalmente a su capacidad para formar una capa bioactiva en la interfaz en contacto con los tejidos vivos, llamada capa de hidroxicarbonato de apatita (HCA), que equivale a la fase mineral de los tejidos humanos duros. Basándose en amplias investigaciones realizadas en vivo e in vitro, los cristales bioactivos están considerados como uno de los biomateriales más prometedores de la ‘próxima generación’”.
Nanotubos para crear material parecido al vidrio
Los nanotubos de carbono son un material prometedor para numerosas aplicaciones de alta tecnología debido a sus excepcionales propiedades mecánicas, térmicas, químicas ópticas y eléctricas. Ahora, según un artículo publicado esta semana en nanowerk.com, investigadores de la Universidad Northwestern han utilizado nanotubos metálicos para fabricar unas películas delgadas semitransparentes, altamente conductoras, flexibles y de distintos colores con una apariencia similar al vidrio teñido. Estos resultados, publicados en línea en la revista Nano Letters, podrían dar lugar a mejoras en productos de alta tecnología, como células solares y monitores de pantalla plana.
Las diversas y ejemplares propiedades de los nanotubos de carbono han inspirado una amplia gama de aplicaciones, incluidos transistores, puertas lógicas, conectores, láminas conductoras, fuentes de emisión de campo, emisores de infrarrojos, biosensores, sondas de escáneres, dispositivos nanomecánicos, refuerzos mecánicos, elementos de almacenaje de hidrógeno y soportes catalíticos.
Entre estas aplicaciones, las láminas conductoras transparentes basadas en nanotubos de carbono han atraído mucha atención últimamente. Los conductores transparentes son materiales ópticamente transparentes y eléctricamente conductores. Estos materiales se utilizan con frecuencia como electrodos en monitores de pantalla plana, pantallas táctiles, iluminación de estado sólido y células solares. Con el aumento en la demanda de dispositivos energéticamente eficaces y fuentes de energía alternativas, también está aumentando rápidamente la demanda de láminas conductoras transparentes.
Actualmente, el óxido de estaño indio es el material dominante para las aplicaciones conductoras transparentes. Sin embargo, la relativa escasez de indio unida a la creciente demanda incrementado considerablemente los costes en los últimos cinco años. Además de este problema económico, el óxido de estaño indio tiene una optimización óptica limitada y una pobre flexibilidad mecánica, lo que dificulta su utilización en algunas aplicaciones como los diodos emisores de luz orgánica (OLED) y dispositivos fotovoltaicos orgánicos.
El equipo de Northwestern ha dado un paso importante hacia la identificación de un conductor transparente alternativo. Utilizando una técnica conocida como ultracentrifugación en gradiente de densidad, los investigadores han producido nanotubos de carbono con propiedades ópticas y eléctricas uniformes. Las películas delgadas formadas a partir de estos nanotubos de carbono de elevada pureza presentan una conductividad hasta 10 veces mejor en comparación con los materiales de nanotubos de carbono existentes anteriormente.
Además, la ultracentrifugación en densidad de gradiente permite ordenar los nanotubos según sus propiedades ópticas, lo que posibilita la formación de láminas conductoras semitransparentes de un color dado. Las láminas obtenidas tienen, por tanto, aspecto de vidrio teñido, pero a diferencia de este, estas finas láminas de nanotubos de carbono poseen una conductividad eléctrica y una flexibilidad mecánica elevadas. Esta última propiedad resuelve una de las principales limitaciones del óxido de estaño indio en aplicaciones fotovoltaicas y electrónicas flexibles.
Las diversas y ejemplares propiedades de los nanotubos de carbono han inspirado una amplia gama de aplicaciones, incluidos transistores, puertas lógicas, conectores, láminas conductoras, fuentes de emisión de campo, emisores de infrarrojos, biosensores, sondas de escáneres, dispositivos nanomecánicos, refuerzos mecánicos, elementos de almacenaje de hidrógeno y soportes catalíticos.
Entre estas aplicaciones, las láminas conductoras transparentes basadas en nanotubos de carbono han atraído mucha atención últimamente. Los conductores transparentes son materiales ópticamente transparentes y eléctricamente conductores. Estos materiales se utilizan con frecuencia como electrodos en monitores de pantalla plana, pantallas táctiles, iluminación de estado sólido y células solares. Con el aumento en la demanda de dispositivos energéticamente eficaces y fuentes de energía alternativas, también está aumentando rápidamente la demanda de láminas conductoras transparentes.
Actualmente, el óxido de estaño indio es el material dominante para las aplicaciones conductoras transparentes. Sin embargo, la relativa escasez de indio unida a la creciente demanda incrementado considerablemente los costes en los últimos cinco años. Además de este problema económico, el óxido de estaño indio tiene una optimización óptica limitada y una pobre flexibilidad mecánica, lo que dificulta su utilización en algunas aplicaciones como los diodos emisores de luz orgánica (OLED) y dispositivos fotovoltaicos orgánicos.
El equipo de Northwestern ha dado un paso importante hacia la identificación de un conductor transparente alternativo. Utilizando una técnica conocida como ultracentrifugación en gradiente de densidad, los investigadores han producido nanotubos de carbono con propiedades ópticas y eléctricas uniformes. Las películas delgadas formadas a partir de estos nanotubos de carbono de elevada pureza presentan una conductividad hasta 10 veces mejor en comparación con los materiales de nanotubos de carbono existentes anteriormente.
Además, la ultracentrifugación en densidad de gradiente permite ordenar los nanotubos según sus propiedades ópticas, lo que posibilita la formación de láminas conductoras semitransparentes de un color dado. Las láminas obtenidas tienen, por tanto, aspecto de vidrio teñido, pero a diferencia de este, estas finas láminas de nanotubos de carbono poseen una conductividad eléctrica y una flexibilidad mecánica elevadas. Esta última propiedad resuelve una de las principales limitaciones del óxido de estaño indio en aplicaciones fotovoltaicas y electrónicas flexibles.
jueves, 7 de mayo de 2009
Sir John Pendry: «El hombre invisible podría ser factible entre nosotros»
Herbert George Wells, el genio visionario, escribió en 1897 la novela «El hombre invisible». En ella, un científico, Griffin, sostiene que si se cambia el índice refractivo de una persona, para coincidir exactamente con el del aire, y su cuerpo no absorbe ni refleja la luz, entonces no será visible. Griffin logra llevar a cabo este proceso consigo mismo, pero luego no alcanza a volver a ser visible, llegando a un estado mental inestable como resultado. Ahora, la teoría puede convertirse en práctica. Wells y Sir John Pendry están física y químicamente incardinados...
-Imagino que tiene trillada la obra de ficción «El hombre invisible». ¿Se hará real?
-Sí, la he leído. Fíjese qué coincidencia: Wells fue un estudiante de Física hace más de cien años donde yo la he enseñado un cuarto de siglo: en el Imperial College de Londres. Él tenía una manera muy sencilla de hacer que la gente fuera invisible: el hombre invisible se convertía en transparente, y la luz le atravesaba como un pez en el agua. Pero no es método práctico.
-Usted publicó en 2007 un experimento en la revista «Science» que dio la vuelta al mundo: un equipo de la Universidad de Duke consiguió que un pequeño cilindro fuera invisible a las microondas.
-Se nos ocurrió hacer un reloj invisible. Y con un truco podíamos esconder algo. Pensamos que eso sí iba a sorprender a la gente. ¡Y vaya si sorprendió! El trabajo lo presenté en un taller organizado por los militares americanos en San Antonio, en El Álamo. Y cuando dije medio en broma que podíamos hacer desaparecer cualquier cosa me temo que se lo tomaron muy en serio. Trabajamos muy duro -con ondas de radar, porque la financiación venía de los militares- y lo conseguimos. Construimos un cilindro de cobre que una onda de radar puede ver fácilmente. Pero, al poner un trapo alrededor, desapareció. Hicimos que algo fuera invisible frente a radares. El proceso de hacer desaparecer algo es muy sencillo: pensamos que nuestros ojos nunca nos pueden engañar, y unas veces sí que pueden hacerlo...
-La invisibilidad es posible, pues.
-Ahora, claro que sí.
-¿Y en el ser humano de carne y hueso?
-Podría ser factible la invisibilidad entre nosotros los humanos, pero no utilizaríamos un material tan fino; debería ser espeso para poder desaparecer. ¡No es Potter! Habrá que esperar.
-¿Y la invisibilidad total?
-Ese no es el objetivo, y sí que la luz sea tan ágil como un electrón. Buscamos un control exquisito y preciso de la luz. Es muy importante el carácter diminuto de los objetos. Eventualmente queremos que la luz funcione a escala nano [una milmillonésima parte].
-¿Qué futuro aguarda a lo «nano»?
-Incluso nuestros cuerpos son producto de la nanotecnología. Las células de nuestro cuerpo son de dos nanómetros. Todo es nanotecnología.
-En medicina será crucial.
-Sí, como sensor de las moléculas biológicas para detectar enfermedades.
-Einstein predijo que el sol conseguiría doblar el haz de la luz. Es precursor.
-Si miramos una estrella que va tras el sol, parece que cambia el ángulo. Al señor Albert le hemos robado parte de sus teorías. Se hizo famoso al demostrar que la trayectoria de la estrella que pasaba tras el sol se doblaba.
-¿Aspira usted a ganar el Nobel con su teoría y práctica de la invisibilidad?
-Estaría bien. ¿Me puede ayudar? Los suecos son muy conservadores. No les gustan las cosas tan atrevidas.
-No les haga invisibles, ni a las suecas. En las costas patrias no se lo perdonarían.
-No, no, ¡por Dios!
Fuente:
http://www.abc.es/20090501/nacional-sociedad/john-pendry-hombre-invisible-200905010459.html
Fuente:
http://www.abc.es/20090501/nacional-sociedad/john-pendry-hombre-invisible-200905010459.html
Patentan nanomateriales para herramientas sometidas a desgaste
Científicos de la Universidad de Valencia han desarrollado y patentado nuevos nanomateriales muy duros y resistentes para máquinas y herramientas sometidas a gran desgaste, como sierras, brocas y cabezales de perforación de túneles y pozos, según ha informado hoy a Efe el investigador Fernando Sapiña.
Investigadores del Instituto de Ciencia de los Materiales de la Universidad de Valencia, ubicado en su Parque Científico-en colaboración con grupos de la Universitat Jaume I (UJI) y de la Universidad Politécnica han patentado una nueva metodología de preparación de carburos metálicos nanoestructurados.
Sapiña ha indicado que "estos materiales están constituidos por agregados de partículas de tamaño inferior a 100 nanómetros (1 nanómetro es una millonésima parte de un milímetro)".
"El pequeño tamaño de esas partículas permite una importante mejora de la dureza y de la resistencia al desgaste de las piezas fabricadas con estos materiales", ha dicho. "Entre ellas, ha recordado, se encuentran sierras y brocas empleadas tanto en micromecánica como en cabezales para la perforación de pozos y túneles".
"Muchas piezas de máquinas y herramientas que se ven sometidas a un elevado desgaste están hechas de carburos cementados, una mezcla de carburo de wolframio, cobalto metálico y pequeñas cantidades de otros carburos", ha precisado.
REDUCCIÓN DEL TAMAÑO
"En los últimos 15 años, la mejora de las propiedades de estos materiales se ha basado en la reducción del tamaño de las partículas del carburo de wolframio", ha apuntado.
Sin embargo, ha constatado el investigador, los procesos actuales de producción de este tipo de carburos han alcanzado su madurez y difícilmente darán lugar a mejoras". "Por ello, resulta imprescindible el desarrollo de nuevas metodologías de preparación de estos materiales", ha dicho.
El procedimiento innovador desarrollado por estos investigadores emplea reactivos químicos comunes como materias primas y se basa en tecnologías consolidadas en otros sectores industriales.
"Es un procedimiento aplicable a escala industrial y competitivo desde el punto de vista económico,que permitirá la producción de piezas de herramientas y máquinas con mayor resistencia al desgaste", ha argumentado Sapiña.
Esta nueva metodología se presentará en el Fórum i-techpartner sobre Nuevos Materiales, que se celebrará en Valencia los próximos días 5 y 6 de marzo.
Materiales Autorreparantes
¿Llegará el día en que las grietas se cierren sin ayuda externa antes de que alcancen un tamaño tal que provoque la rotura del componente? Esto parece una utopía, pero ya sucede en la naturaleza. Cuando una persona sufre una pequeña herida, el cuerpo humano reacciona para cerrar la brecha, enviando las plaquetas necesarias para ello, sin que, muchas veces, se precise emplear ninguna sustancia coagulante externa, ya que la proporciona el propio organismo.
Esta reacción de la naturaleza al daño sufrido ha sido la base para desarrollo de los materiales autorreparantes poliméricos, con capacidad de recuperar una gran parte de las propiedades perdidas, sin ninguna o, a lo sumo, con una mínima ayuda exterior. En el caso de materiales cerámicos o metálicos el progreso es mucho más lento, limitándose a unos pasos incipientes.
Al presente son destacables dos tecnologías de autorreparación en materiales poliméricos: la de encapsulado de adhesivo y la térmica.
Como su nombre indica, la primera de ellas consiste en la existencia de una serie de "almacenes" de adhesivo, que se hallan distribuidos lo más homogénea-mente a lo largo del material, de forma que cuando la grieta alcanza uno de ellos se libera el adhesivo que, juntamente con un catalizador, cierra la grieta y polimeriza el material aportado.
Existen dos variedades dentro de esa línea de actuación, según se empleen microcápsulas o tubos que contengan el adhesivo.
INASMET-Tecnalia ha trabajado en esta línea en un proyecto que se ha efectuado para AIRBUS, habiendo conseguido producir una serie de microcápsulas y distribuirlas en una resina polimérica. Este ha sido un primer paso fundamental, para lograr un conocimiento de las dificultades que pueden surgir en el proceso de encapsulado.
El segundo método, que se desarrolla por la Universidad de Bristol en un proyecto para la ESA, es muy similar. La diferencia se halla en el empleo de tubos rellenos de adhesivo en lugar de microcápsulas.
La vía térmica utiliza una metodología de reparación diferente. El material, que se ha desarrollado por la Universidad de Sheffield, consiste en un compuesto de matriz polimérica reforzado con fibras de carbono. La matriz polimérica a su vez está formada por una solución sólida de un polímero termoplástico y otro termoestable.
La única restricción del material termoestable consiste en que sea el adecuado para incorporar las fibras de refuerzo en su seno. Mayores limitaciones ofrece el material termoplástico, lo que limita las posibilidades de selección del mismo, que viene muy condicionado por el termoestable empleado. En este caso, cuando se detecta el daño, la reparación se efectúa calentando el material por algún dispositivo incorporado al mismo.
Este calentamiento es capaz de elevar la temperatura por encima de la de fusión del material termoplástico, que, en consecuencia, se funde y fluye hacia las zonas dañadas, de forma que se sellan las grietas existentes y se restaura la integridad perdida del componente. También en este campo ha trabajado INASMET-Tecnalia dentro en el marco del proyecto antes mencionado.
Se debe recalcar que el desarrollo de los materiales autorreparantes se halla toda-vía en una etapa inicial y queda un largo camino a recorrer antes de alcanzar la meta deseada. Sin embargo, los resulta-dos obtenidos animan a proseguir en el esfuerzo.
Además de la participación en el mencionado proyecto, INASMET-Tecnalia desarrolla en la actualidad diversos estudios relacionados con la creciente demanda que se prevé se producirá en relación con los materiales autorreparantes.
lunes, 4 de mayo de 2009
Materiales para aplicaciones en electrónica. Piezoeléctricos
La palabra "piezo" se deriva del griego que significa "prensar" y el efecto piezoeléctrico es la producción de electricidad mediante la presión.
En 1880, Jacques y Pierre Curie descubrieron que al aplicar presión a un cristal de cuarzo se establecían cargas eléctricas en éste; ellos llamaron a este fenómeno “el efecto piezoeléctrico”. Más tarde ellos verificaron que un campo eléctrico aplicado al cristal proporcionaba una deformación al material. Este efecto era referido como “efecto piezo inverso”. Los materiales piezoeléctricos, por lo tanto, pueden ser utilizados para convertir energía eléctrica en energía mecánica y viceversa.
El efecto piezoeléctrico es a menudo encontrado en la vida diaria. Por ejemplo, en encendedores de gas para cigarrillos o encendedores para parrillas; una palanca aplica presión a un cristal piezoeléctrico creando un campo eléctrico lo bastante fuerte para producir una chispa que encienda el gas.
En el campo de la ingeniería el uso más común del fenómeno piezoeléctrico, actualmente, es en los actuadores piezoeléctricos. Es un dispositivo que produce movimiento preciso aprovechando el fenómeno físico de la piezoelectricidad. Este movimiento que resulta cuando un campo eléctrico es aplicado al material, es de gran valor para nano-posicionamiento.
El efecto piezoeléctrico exhibido por materiales naturales tales como el cuarzo, la turmalina, la sal de Rochelle, etc., es muy pequeño, se han desarrollado materiales con propiedades mejoradas, como los materiales cerámicos ferroeléctricos policristalinos, incluyendo el BaTiO3 y el Zirconato Titanato de Plomo (PZT); el mas usado, donde se le aplica un campo eléctrico (calentado) y este se expande a lo largo del eje del campo y se contrae perpendicularmente a este. Los dipolos se alinean y permanecen alineados hasta su enfriamiento.
Estos materiales presentan ventajas como:
•Alta Resolución
•Generación de grandes fuerzas.
•Expansión rápida.
•Ningún efecto magnético.
•Libre de desgaste y roturas.
•Compatible con cuartos limpios y Vacío.
•Operación a Temperaturas Criogénicas.
•Expansión rápida.
•Ningún efecto magnético.
•Libre de desgaste y roturas.
•Compatible con cuartos limpios y Vacío.
•Operación a Temperaturas Criogénicas.
Con variadas aplicaciones:
•Óptica, Fotónica y Tecnología de Medición.
•Unidades de disco.
•Microelectrónica.
•Mecánica de Precisión e Ingeniería Mecánica.
•Medicina, Biología y Ciencias de la Vida.
Integrantes:
Jorge López Valdez 134263
Miguel Ángel Méndez Pérez 134911
Materiales magnéticos con aplicaciones en electronica
Los materiales magnéticos constituyen unos de los grupos de materiales con diversas aplicaciones en el campo de las ciencias e ingenierías. Actualmente el uso de estos materiales es de sumo interés en el ámbito de almacenamiento de información, en especial en el caso de las computadoras, mientras que los semiconductores sirven como base a la memoria primaria, los discos magnéticos y las cintas son capaces de almacenar grandes cantidades de información. Pero, ¿Qué hace tan especial a este tipo de materiales?
Las propiedades magnéticas macroscópicas de los materiales son consecuencia de los momentos magnéticos asociados a los electrones individuales. En un átomo cada electrón tiene momentos magnéticos que se originan de dos fuentes distintas. Cuando el electrón se mueve alrededor del núcleo, genera un campo magnético muy pequeño debido a que es una carga en movimiento, por lo tanto presenta un momento magnético a lo largo de su eje de rotación, simultáneamente el electrón gira sobre sí mismo alrededor de un eje, el otro momento magnético se origina del espín del electrón, el cual está dirigido a lo largo el eje de spin. Entonces un electrón en un átomo se puede considerar como un pequeño imán que tiene momentos magnéticos tanto de orbitales como de spin.
En cada átomo individual, los momentos orbitales y de spin de algunos pares electrónicos se cancelan unos con otros, por lo cual el momento magnético neto de un átomo es la suma de los momentos magnéticos de los electrones constituyentes.
Por lo tanto las propiedades magnéticas se derivan de la naturaleza de los electrones apareados o desapareados. Los compuesto con todos los electrones apareados son muy débilmente repelidos por un imán o campo magnético y se conocen como compuestos diamagnéticos (p. ej.: NaCl, Xe, K2SO4). Los materiales que tienen electrones desapareados son débilmente atraídos por un campo magnético y se conocen como paramagnéticos. En los compuestos paramagnéticos los espines debidos a los electrones desapareados están desordenados al azar debido a la agitación térmica. Sin embargo, cuando se enfría esos materiales suelen tener una transición a un estado ordenado magnéticamente. Cuando los espines se ordenan de forma paralela resulta un momento magnético neto y estos compuestos se denominan ferromagnéticos (conocidos generalmente como imanes). Cuando los espines se ordenan de forma antiparalela el momento neto es cero y los compuestos se denominan antiferromagnéticos. La temperatura de transición puede ser mayor o menor que temperatura ambiente. Para compuestos antiferromagnéticos se denomina temperatura de Neel y para ferromagnéticos temperatura de Curie. Por ejemplo, las temperaturas de Curie de Fe, Co y Ni son 770, 1123 y 358 ºC, respectivamente. Mientras que el Fe-α CCI es ferromagnético, el Fe-γ es paramagnético.
Los ferromagnéticos son muy importantes debido a las diferentes aplicaciones que se derivan de la propiedad de tener los espines alineados. Dentro de un material ferromagnético hay subestructuras conocido como dominios. Un dominio magnético es una porción del cristal de volumen pequeño 10-4 mm3 donde todos los espines están alineados de forma paralela mientras que el momento magnético resultante de cada dominio está aleatoriamente orientado respecto de los restantes. Cuando un campo magnético externo se aplica sobre un material ferromagnético desmagnetizado, los dominios alineados en la dirección del campo crecen y se produce la rotación de los momentos de los dominios. Una vez retirado el campo magnético del ferromagnéto, este permanecerá magnetizado.
Se pueden distinguir dos tipos de materiales según sean sus propiedades para magnetizarse o desmagnetizarse, los materiales blandos y duros.
Los materiales magnéticos blandos son aquellos que se pueden magnetizar y desmagnetizar fácilmente con campos H externos de baja intensidad, cuando se remueve el campo H, muestran una baja magnetización, muestran alta permeabilidad magnética y baja coercitividad Hc.
Aplicaciones materiales magnéticos blandos
Los vidrios metálicos son una clase relativamente nueva de materiales magnéticos suaves cuya característica dominante es una estructura no cristalina (amorfa). Se fabrican por un proceso de solidificación rápida. Los vidrios metálicos tienen propiedades notables: son fuertes, duros y muy resistentes a la corrosión. Consisten esencialmente en combinaciones de los metales ferromagnéticos Fe, Co y Ni con los metaloides B y Si. En los vidrios metálicos, al no haber fronteras de grano, las paredes de los dominios se mueven con facilidad, las pérdidas de histéresis son muy pequeñas y poseen una alta permeabilidad. El material más común se denomina Metglas (Fe80B20 ® Metglas 2605). Este tipo de materiales encuentra aplicaciones en transformadores de energía, sensores magnéticos de posición ó deformación y cabezas de grabación.
Las ferritas magnéticas blandas son otro tipo de materiales magnéticos blandos, Tienen la composición MO×Fe2O3 (M = Fe2+, Mn2+, Zn2+) con estructura de espinela inversa. Presentan emanaciones de saturación elevadas aunque menor que en los materiales ferromagnéticos. Presentan una alta resistividad eléctrica siendo prácticamente aislantes. Esto motiva bajas pérdidas de energía por corrientes parásitas, factor importante por ejemplo en aplicaciones a altas frecuencias. Sus aplicaciones más importantes son en baja señal transformadores e inductores de baja energía, núcleos de memoria, cabezas de grabación, por ejemplos espinelas Mn-Zn y Ni-Zn, aparatos audiovisuales, transformadores de líneas ó bobinas de convergencia para televisión.
Las ferritas magnéticas blandas como MnZn y NiZn tienen aplicaciones en la supresión de interferencia electromagnética (EMI supression) de los circuitos o componente electrónicos esta interferencia es producida por una fuente externa al mismo.
Aplicaciones de los materiales magnéticos duros
El oxido de hierro es un material magnético duro que se ocupa como recubrimiento de los platos de los discos duros, estos pueden almacenar información digital mediante el medio magnético el cual puede ser fácilmente borrado y escrito y puede recordar la información de las partículas magnetizadas por un largo periodo de tiempo.
La información en un disco duro es almacenada en dominios magnéticos muy pequeños por lo cual es posible que pueda almacenar una gran cantidad de información en un espacio pequeño.
Los platos del disco duro están hechos de cerámicas o aluminios finamente pulidos y revestidos por ambos lados de una fina capa de oxido de hierro, el número de discos así como la composición del material magnético que los recubre determinan la capacidad de este. Las cabezas son las responsables de la lectura y escritura de los datos en los discos. Las cabezas escriben en los discos los datos procedentes del controlador de disco alineando las partículas magnéticas sobre las superficies de los discos, para escribir la cabeza se sitúa sobre la celda a grabar, esta recibe una corriente que provoca un campo magnético el cual pone la posición en que se encuentra en 0 ó 1 dependiendo del valor del campo magnético provocado por la corriente (fenómeno histéresis magnética, el campo induce una magnetización en el disco que codifica 1 ó 0, esta codificación permanece en ausencia del campo pero se puede borrar aplicando un campo de sentido contrario). Las cabezas leen los datos mediante la detección de las polaridades de las partículas.
Los materiales como FE-Pt, Fe-Pd y Co-Pt son de igual manera materiales magnéticos duros que se usan en memorias Mram.
Un chip de Mram está hecho de millones de pares de platos delegados ferromagnéticos llamados células memoria, estos sándwiches magnéticos consisten en dos capas magnéticas (Fe-Pt, fe-Pd, co-Pt), separadas por una delgada capa aislante. Cada capa magnética tiene una polaridad, ambas capas pueden orientarse paralelamente, donde las dos tienen sus momentos magnéticos en la misma dirección o donde sus momentos magnéticos están orientados en distintas direcciones, estas orientaciones magnéticas corresponden a los estados de memoria binaria 0 y 1.
Otros casos especiales
La molécula C60 se hace un ferromagnéto orgánico con el complejo TDAE-C60 (TDAE= tetrakisdietilaminoetileno), de igual manera los fullerenos polimerizados a altas temperaturas muestran también un comportamiento ferromagnético, esto podría ser debido al auto dopaje, en donde electrones provenientes de cajas rotas incrementan la conductividad. Con este tipo material se podrían tener grandes aplicaciones en el área de la microelectrónica, en el recubrimiento de platos de discos duros usando técnicas de spintronica, sensores magnéticos, barras magnéticas, códigos de identificación etc.
Patricia Martínez Mtz. ID:125984
Jorge Martínez Díaz ID:132373
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