jueves, 31 de mayo de 2012

El día de hoy se anunciaron los Premios Kavli (http://www.kavliprize.no/, un equivalente moderno a los Premios Nobel, ahora reconociendo áreas frontera de la ciencia, en particular la Astrofísica, la Neurociencia y la Nanociencias).

Es un gusto enorme que este año la Dra. Mildred Dresselhaus (MIT) sea la premiada en Nanociencias precisamente. El hecho es significativo por la intensa colaboración que durante los últimos 10 años han desarrollado con ella Mauricio y Humberto Terrones, lo cuál puede apreciarse no solo en el número de publicaciones que han co-autorado en las revistas más importantes del área, sino también en la pasión compartida por la enseñanza y el desarrollo de la ciencia.
Recordemos (y reflexionemos) las palabras de Mildred en un artículo publicado en NATURE 464, 148-149 (2010) hace ya más de 2 años respecto a la situación que se vivió en IPICYT:

"This is a major loss for Mexican science," says Mildred Dresselhaus, a nanotechnology researcher at the Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge and a former president of the American Association for the Advancement of Science, who has advocated on behalf of the Terrones.

No hace mucho, en un homenaje a Mildred Dresselhaus en MIT en ocasión de su aniversario 80, Mauricio participó, al igual que numerosos colegas destacados en el campo de la ciencia. Aquí una imagen de las palabras de Mauricio respecto a Mildred:

Felicidades a Mildred y que este triunfo se multiplique en las colaboraciones que haces y en la entrega que has compartido por la ciencia y la tecnología.

jueves, 10 de mayo de 2012

Pentagonal tiles pave the way towards organic electronics

Oskay from Flickr

New research paves way for next generation of ultra-small electronic devices.

New research paves way for the nanoscale self-assembly of organic building blocks, a promising new route towards the next generation of ultra-small electronic devices.
Ring-like molecules with unusual five-fold symmetry bind strongly to a copper surface, due to a substantial transfer of charge, but experience remarkably little difficulty in sideways diffusion, and exhibit surprisingly little interaction between neighbouring molecules.  This unprecedented combination of features is ideal for the spontaneous creation of high-density stable thin films, comprising a pavement of these organic pentagonal tiles, with potential applications in computing, solar power and novel display technologies.
Currently, commercial electronics use a top-down approach, with the milling or etching away of inorganic material, such as silicon, to make a device smaller. For many years the computing power of a given size of computer chip has been doubling every eighteen months (a phenomenon known as Moore’s law) but a limit in this growth is soon expected.  At the same time, the efficiency of coupling electronic components to incoming or outgoing light (either in the generation of electricity from sunlight, or in the generation of light from electricity in flat-screen displays and lighting) is also fundamentally limited by the development of fabrication techniques at the nanometre scale (a nanometre being one billionth of a metre).
Researchers are therefore looking for ingenious solutions in the creation of ever smaller electronics. The field of nanotechnology is taking a bottom-up approach of creating electronics using naturally self-assembling organic components, such as polymers, which will be capable of spontaneously forming devices with the desired electronic or optical characteristics.
The latest findings are from scientists at the University of Cambridge and Rutgers University who are working on the development of new classes of organic thin films on surfaces.  By studying the fundamental forces at play in self-assembling thin films, they are developing the knowledge that will allow them to tailor these films into molecular-scale organic-electronic devices, creating smaller components than would ever be possible with conventional fabrication techniques.
Dr Holly Hedgeland, of the Department of Physics at the University of Cambridge, one of the co-authors of the paper, said: “With the semiconductor industry currently worth an estimated $249 billion per year there is a clear motivation towards a molecular scale understanding of innovative technologies that could come to replace those we use today.”
It is not simply the electronic properties of a molecule on a surface that will control its potential to form part of a device, but also whether it will move by itself into the required structural configuration and remain stable in that position even if the device becomes heated in use.
Molecules that are strongly bound to the substrate with a high degree of transfer of charge offer a range of new possibilities, though little is currently known of their behaviour. A number of organic molecules, usually featuring carbon rings across which electronic charge can conduct, potentially demonstrate the right electronic properties, but the long-range forces which will govern their self-assembly during the first phases of growth often remain a mystery.
Now the interdisciplinary team based in the Departments of Physics and Chemistry at the University of Cambridge, and the Department of Chemistry and Chemical Biology at Rutgers University, have reported the first dynamical measurements for a new class of organic thin film where cyclopentadienyl molecules (C5H5) receive significant electronic charge from the surface, yet diffuse easily across the surface and show interactions with each other that are much weaker than would typically be expected for the amount of charge transferred.
Hedgeland explained: “By coupling the experimental helium spin echo technique with advanced first-principles calculations, we were able to study the dynamic behaviour of a cyclopentendienyl layer on a copper surface, and to deduce that the charge transfer between the metal and the organic molecule was occurring in a counter-intuitive sense.”
Dr Marco Sacchi, of the Department of Chemistry at the University of Cambridge, who carried out the calculations that helped explain the startling new experimental results, said that “the key to the unique behavior of cyclopentadienyl lies in its pentagonal (five-fold) symmetry, which prevents it latching onto any one site within the triangular (three-fold) symmetry of the copper surface through directional covalent bonds, leaving it free to move easily from site to site; at the same time, its internal electronic structure is just one electron short of an extremely stable `aromatic’ configuration, encouraging a high degree of charge transfer from the surface and creating a strong non-directional ionic bond.”
The researchers’ findings, reported in Physical Review Letters today, Friday 06 May, highlight the potential of a new category of molecular adsorbate, which could fulfil all the criteria required for useful application.
Hedgeland concluded: “The unusual character of the charge transfer in this case prevents the large repulsive interactions between adjacent molecules that would otherwise have been expected, and hence should enable the formation of unusually high-density films. At the same time, the molecules remain highly mobile and yet strongly bound to the surface, with a large degree of thermal stability. In all, this is a combination of physical properties that offers huge potential benefit to the development of new classes of self-assembled organic films relevant for technological applications.”

Nanometer. thick films.. making the imposible

In laser-induced semiconductor processing, two features are commonly observed in the semiconductor surface. The first feature is pit formation, which occurs due to the presence of defects in
semiconductors (1). When a high-power laser pulse interacts with the semiconductor surface, the temperature of the semiconductor surface rises enough to make possible the movement of defects.
Through these movements, defects accumulate to form pits.
In the work of Amit Pratap Singh, a mathematical expression that includes the effect of pit formation as well as surface
roughness has been deduced. In the light of the above discussion, the following conclusions have
been drawn:
(i) The presence of pits and surface roughness reduces the thermal conductivity of thin films.
(ii) The net thermal conductivity is less for comparatively thin films. This reduction in the value
of net thermal conductivity is more visible when there are comparatively fewer numbers of
pits on the film.
(iii) The size effect on net thermal conductivity is more prominent when the film is smooth.

One of the newst application is in the solar cell, like the 3M .In the bulletin at the news they said "3M has started up what it says is the world's largest aperture solar parabolic trough, in partnership with Gossamer Space Frames, as an addition to the 400-acre Sunray Energy facility in Daggett, California, formerly known as the SEGs I and II plants"

With an aperture size of 7.3 meters, the concentration factor of the new 275 kilowatt Sunray system is over 100 times that of normal sunlight. The 3M panels are half the weight of glass panels and provide 94.5 percent reflectivity, with testing of the performance confirmed by NREL, the U.S. National Renewable Energy Lab.

Singh, A. (2011). Effect of pit formation and surface roughness on size-dependent thermal conductivity of nanometer-thick semiconducting films. Radiation Effects & Defects In Solids166(1), 44-49. doi:10.1080/10420150.2010.493176

Self-Organizing Nanotech Could Store 250 DVDs on One Coin-Size Surface

sapphire1.jpgSapphire crystals may be the next material to transform the electronics industry, thanks to nanotechnology researchers who have announced a new way of storing data that would fit the contents of 250 DVDs on a coin-sized surface. The study, published in Science, illustrates how nanoscale elements can organize themselves over a large sheet of semiconductor film. The researchers expect that when applied to electronic media, their discovery will improve the efficiency of data storage, savings which can then be transferred to improve other pieces of electronics besides just storage, like high-definition screens and solar cells.
Similar attempts have previously been made to improve data storage on semiconductor films, but have consistently failed because the polymers—which are known to link together, on their own, in precise patterns—lose their organized structure when the film being used increases in area, rendering them useless for storing memory. Lead researchers Ting Xu from the University of California at Berkeley and Thomas Russell from the University of Massachusetts at Amherst overcame this by layering the film of block copolymers onto the surface of a commercially available sapphire crystal. When the crystal is cut at an angle—a common procedure known as a miscut—and heated to 1,300 to 1,500 degrees Centigrade (2,372 to 2,732 degrees Fahrenheit) for 24 hours, its surface reorganizes into a highly ordered pattern of sawtooth ridges that can then be used to guide the self-assembly of the block polymers [Science Daily].
With this technique, the only limit to the size of an array of block copolymers is the size of the sapphire, Xu said. Once a sapphire is heated up and the pattern is created, the template could be reused. Both the crystals and the polymer chains could be obtained commercially, Xu said [PC World]. The researchers say the technology could make nearly perfect arrays of semiconductor material that are about 15 times denser than anything achieved previously [Reuters].
Using the technology, it might also be possible to achieve a high-definition picture with 3-nanometer pixels, potentially as large as a stadium JumboTron, Xu said. Another possibility is more dense photovoltaic cells that capture the sun’s energy more efficiently…. The new technology could create chip features just 3nm [nanometers] across, far outstripping current microprocessor manufacturing techniques, which at their best create features about 45nm across [PC World].

miércoles, 9 de mayo de 2012

Functional coatings from the plasma nozzle

When manufacturing products, the coating technology is a key innovation driver for almost all areas of daily life – for example, for making scratch-proof displays for smart phones or anti-bacterial surfaces in refrigerators. Other coatings protect components from corrosion or aging, for example in a solar cell module or a car engine, without the end user noticing their existence. In industry today, wet chemical processes or vacuum plasma processes are primarily used for coating applications. The IFAM team developed a new kind of plasma coating process that works at ambient pressure, that is to say, in an open atmosphere. "And that poses a major challenge", explains Jörg Ihde. "Because the pressure is more than 10,000 times higher and the absence of a vacuum reactor, we had to stop unwanted particles from forming and embedding in the coating. That was the key to developing robust and efficient industrial processes using the new plasma system


Hojas artificiales

Básicamente, consiste en dos films comprimidos que absorbe la luz del sol y genera oxígeno e hidrógeno. El hidrógeno se puede utilizar fácilmente para celdas de energía. El principal problema de esta tecnología es el costo de los metales utilizados, pues utiliza platino principalmente.

"Considering that it is the 6 billion nonlegacy users that are driving the enormous increase in energy demand by midcentury, a research target of delivering solar energy to the poor with discoveries such as the artificial leaf provides global society its most direct path to a sustainable energy future,"

Daniel G. Nocera

Caracterización de nanomateriales: que hacer?

Con la inminente producción de nanomateriales como lo son los nanotubos de carbono y otros materiales, se ha comenzado a explorar los riesgos de usar dichos productos. Muchos de los materiales que usamos desde hace mucho tiempo tienen repercusiones en el ambiente y en el hombre de los que no sabemos nada. No obstante, esto a generado un interés en las repercusiones que podría tener.
Ciertos grupos de investigación han tomado como tarea tomar algún área específica de toxicología y han comenzado a indagar en ella. Sin embargo, el principal problema al que se enfrentan estos grupos y sus investigaciones es que no cuentan con un parámetro con el cual comparar sus hallazgos. Esto genera que los estudios que se realizan pierdan importancia.
La incertidumbre generada por la falta de un estándar de seguridad ha creado mitos como pensar que una nanopartícula siempre es más tóxica que una partícula similar o de  la misma composición.  También se cree que el tamaño de la partícula y la superficie que esta abarca son vitales en la determinación de toxicología.
Se sugiere que como mínimo, debería determinarse factores como caracterización de la partícula, toxicidad pulmonar, dermal, oral y ocular; toxicidad en los genes y en el agua. Estas reglas ayudarán a establecer un parámetro temporal en lo que se encuentra un sistema que pueda utilizarse como base para otros estudios. Esto es especialmente útil ya que es difícil conocer cuanta es la exposición al nanomaterial, por lo que caracterizar el compuesto se de gran importancia.

Michael Berger. "Nanotoxicology myth buster. "Nanowerk. 2010. Nanowerk. 15 de febrero del 2012 http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=18774.php

Bisphenol A y sus riesgos

El mundo en el que vivimos se preocupa acerca de los materiales que utilizamos cotidianamente. Un compuesto que afecte al medio ambiente o que perjudique la salud humana se elimina del mercado y se busca un reemplazo con tecnología verde y viable económicamente. Esto parece un modo lógico de proceder en una sociedad racional y responsable. Sin embargo, no todo es tan claro como decir bueno o malo. Existen compuestos que se encuentran en un hoyo legal, que se aprovechan de las deficiencias de los reglamentos establecidos por las organizaciones reguladores. Aquí es donde entra el Bisphenol A. Antes de comenzar, conoceremos brevemente el compuesto y el problema que presenta.
El Bisphenol A es un intermediario a la hora de producir policarbonatos y resinas de epoxi. Los policarbonatos se utilizan prácticamente en cualquier material que esté hecho de plástico y las resinas se utilizan para recubrir el interior de las latas de plástico. Con esto se puede observar que existe contacto con el Bisphenol A cotidianamente. Se ha observado que el Bisphenol A en el organismo tiene actividad endócrina y aquí es donde se inicia el debate.
Independientemente de si la molécula resulta ser dañina para la salud, aquí existen 2 problemas a analizar previo a tomar un juicio de su toxicidad. El primero sería las regulaciones que existen para este tipo  de compuestos cuya toxicidad se encuentra en tela de juicio. Lo segundo serían los intereses de por medio.
Los organismos reguladores utilizan pruebas que se realizan a gran escala y con dosis que se considerarían dañinas para el hombre. Estas pruebas arrojaron evidencia de que el Bisphenol A no es tóxico y que la ingesta diaria del hombre es mucho menor a la cantidad utilizada en las pruebas. He aquí lo interesante: Un grupo de científicos dice haber descubierto efectos nocivos para cantidades bajas de Bisphenol A, en lugar de grandes dosis. Suponiendo que los datos son verdaderos, esto generaría repercusiones en cuanto a la veracidad de los estudios realizados en otros compuestos. Muchas sustancias tendrían que ser reevaluadas y esto afectaría muchos intereses de por medio. Industrias, fabricantes y manufactureros se verían obligados a invertir en encontrar un reemplazo si algún material resultase tóxico. Es dinero que no los fabricantes no están dispuestos a gastar. ¿Cómo es posible creerle a un organismo que no es meticuloso en sus pruebas? ¿Cómo es posible saber si los intereses existentes influyen los estándares y los veredictos de ciertos compuestos?
Si bien es cierto que lo último es difícil de comprobar y solo genera morbo, lo primero es lo que verdaderamente nos afecta. Los organismos reguladores ignoran los resultados de dosis bajas ya que dicen no se pueden replicar en diferentes laboratorios. Cuando los organismos reguladores como FDA realizaron pruebas y no obtuvieron prueba alguna de la toxicidad, los otros científicos culparon al organismo de modificar las pruebas cambiando las condiciones en las que se realizaban. Las pruebas clínicas, aparentemente el único método fehaciente para comprobar la toxicidad, se ven afectadas por los intereses de diferentes grupos que solo nos afecta a nosotros, la sociedad que estamos a la espera de saber si un compuesto muy utilizado puede matarnos.
Si uno se tuviera que basar en lo que la lógica dice, lo más recomendable sería evitar lo más posible productos sintetizados con BPA. Se sabe con certeza que el BPA afecta en la actividad endócrina, sin importar que existan disruptores endócrinos naturales con mayor influencia que este. Hasta que no se tenga una batería de exámenes confiables donde se compruebe que el Bisphenol A no es tóxico en altas o bajas dosis, conviene disminuir su uso.

Plata a nanoescala

La plata es utilizada normalmente para la preparación de ungüentos antibacteriales. Por ejemplo, el nitrato de plata se utiliza como tratamiento para los ojos de bebés recién nacidos. La plata Ag (I) interacciona con las bacterias y los hongos, haciéndolo un buen agente bactericida. El único riesgo dela plata es la argilia, el cual es básicamente envenenamiento de plata. Esto es una decoloración de la piel de color gris/ azul que es irremediable. Esto se ha explorado en las sales que comúnmente se utilizan en el hombre, pero últimamente se ha empleado la nanoplata.  La nanoplata utiliza una mayor superficie, lo cual ocasiona que reacciona con mayor facilidad. Sin embargo, no se tienen los estudios necesarios de la toxicología de este material, en especial cuando se aplica in vivo o directamente a un organismo.
Nigel Walker. "NTP Research Concept: Nanoscale Silver." 
12 de febrero del 2012 http://ntp.niehs.nih.gov/files/NanoSilverRschConcept_final_508.pdf.

martes, 8 de mayo de 2012

Bacteria magnética para la constucción de Biocomputadoras.

Mientras los components de las computadoras se hacen cada vez más pequeños, se hace más difícil su manufactura mediante métodos convencionales, por lo que los nano-hard-drives pueden venir con un alto costo.
Investigadores de la Universidad de Leed en UK y la Universidad de Tokio de Agricultura y Tecnología están creando la idea de usar una bacteria magnética, la cual dicen puede ser aprovechada para construir pequeños componentes similares a los encontrados en las PC’s convencionales, e incluso construir las computadoras biológicas del futuro.
La bacteria Magnetospirillum Magneticum es un microoganismo que vive en entornos acuáticos, usando su magnetismo natural para nadar arriba y abajo a través del campo magnético de la Tierra en busca de oxígeno. Pero cuando se alimentan de hierro, proteínas especiales generan pequeños cristales de material magnético dentro de la bacteria, dotándola de uno de los materiales naturales más magnéticos del planeta.
Alimentando la bacteria con hierro, y manipulando la manera en que se coloniza, los investigadores creen que pueden esencialmente crecer pequeños imanes que pueden servir como componentes de los discos duros del futuro. Como es muy difícil hacer imanes muy pequeños y darles forma para que sirvan como dispositivos de memoria, estas proteínas y la bacteria en la que residen pueden hacer todo el trabajo difícil, creando materiales magnéticos y produciéndolos en formas regulares.
El equipo ha estado trabajando en producir pequeños cables que permitan el cambio de información a través de las membranas de la célula, permitiendo la comunicación a nano escala dentro de una computadora echa con células biológicas. Debido a que estos cables –que en realidad son tubos a nano escala con una resistencia eléctrica que pasa a través de la pared celular- son cubiertos con la membrana celular, son altamente biocompatibles.

Nanocomposite llena las cavidades de los dientes, mata a las bacterias y reconstruye el diente.

 Investigadores de la Universidad de Maryland han desarrollado una tecnología que podría ser interesante para los dentistas y sus pacientes. Los investigadores han desarrollado un nanocomposite que puede ser usado no sólo para llenar una cavidad, si no también puede matar cualquier bacteria en el diente y regenerar la estructura del mismo que se ha perdido.

Las bases del nanocomposite son nanopartículas de fosfato de calcio que regeneran los minerales del diente. Nanopartículas de plata y amonio cuartanario con alto pH son las encargadas de matar las bacterias en la cavidad. El pH alcalino limita la producción de la bacteria.

Las investigaciones continúan tanto en animales como en humanos, ya que hay cierta contrversia acerca de los riesgos de las nanopartículas de plata.

Generación de Energía basada en Nanocomposite Pizoeléctricos desarrollados por Kaist.

El equipo del profesor Keon Jae Lee del Departamento de Materiales de Ciencia, e Ingenieria, KAIST, desarrollo nuevas formas de bajo costo, una tecnología de nanogeneradores usando nanopartículas cerámicas piezoeléctricas que genera energía.

Los efectos piezoeléctricos  en los que se basaban los nanogeneradores convierten fuentes existentes nanocontaminantes (SIC) de energía, como la vibración o la energía mecánica como el viento u olas, en energía eléctrica, que se suma con fuerte interés a las propuestas de la siguiente generación de tecnologías de energía. Sin embargo, tenían limitaciones como procesos complicados, altos costos, y restricciones de tamaño.

Recientemente, el equipo de investigación del profesor Lee ha desarrollado un nanocomposite que exitosamente supera las restricciones existentes siendo simple, de bajo costo, y de gran escala. El equipo produjo un nanocomposite piezoeléctrico mezclando nanopartículas piezoeléctricas con nanopartículas de carbono como nanotubos (NDR: y cuando no) en una matriz de PDMS, fabricando el nancomposite por los simples procesos de spin-casting y bar-coating.

El professor Zhong Lin Wang, del Instituto de Tecnología de Georgia, que inventó el nanogenerador, dijo “Los resultados excitantes primero introduce un nanocomposite en el sistema energético, y por lo tanto puede expandir la factibilidad del nanonegenerador en electróncos de consumo, sensors y ropa.”

La investigación fue publicada en Mayo del presente año (NDR: 2012 al momento de escribir) en Advance Materials Wily journal.

lunes, 7 de mayo de 2012


La Comisión Europea, esta consciente de que la nanotecnología tendrá un fuerte impacto en la industria farmacéutica, la medicina o el reciclaje y ya que la educación y difusión de está es indispensable para el desarrollo la Comisión creo el proyecto NanoChannels, con el que pretende informar y abrir el debate a la sociedad europea. 

NanoChannels es un experimento único público de diálogo democrático en acción acerca de la nueva revolución industrial que podría cambiar la fase de la medicina, producción de energía, purificación del agua, electrónica, materiales y seguridad.  

Es un principio, con estudiantes, industria y las organizaciones no gubernamentales, consumidores y el público en general. Esto debido a que las personas requieren de nuevos conocimientos de vanguardia para tomar decisiones, es donde NanoChannels responde a la necesidad por medio de una variedad única de las interacciones sociales.

Más información en:

Large-scale synthesis of copper nanoparticles by chemically controlled reduction for applications of inkjet-printed electronics

With increasing demands for more economic routes to the manufacture of electronic devices incorporating polymer- based printed circuit boards (PCBs), various techniques for the fabrication of microelectronic devices, including screen printing, nano-imprinting, inkjet printing, and direct printing, are generating increasing interest. Among these methods, inkjet printing is considered to be an economical and highly functional technology for the microscale patterning of metallic traces in microelectronic devices. Conventional lithographic processes are well developed but include multiple steps that are time consuming, uneconomical, and not versatile towards corrective repatterning  However, the employment of inkjet printing can solve many of the problems in a facile and effective manner. The inkjet printing method allows for the patterning of conductive traces onto a substrate in one step, therefore reducing the time, cost, and space consumed and the toxic waste created during the manufacturing process. Nanomaterials are considered to be highly useful for application of materials through inkjet printing technology based on size-dependent mesoscopic properties such as enhanced dispersibility, melting point depression below that of the same bulk material based on more significant surface energy instability, and greater compatibility with various chemical and physical environments due more significant effects from interchangeable surface coatings. Inkjet printing technology employing conductive silver inks has been developed recently in order to manufacture low-cost disposable electronics, such as smart packaging, RF-ID tags, and digital calendars. However, silver as a conductive material has problems due to ion migration at relatively high-temperature and humidity conditions as well as cost-benefit issues compared to copper, which is significantly less expensive for virtually identical bulk conductivities. In this research, a large-scale (5 l), high-throughput (0.2 M) process for the synthesis of copper nanoparticles was developed using a modified polyol process that includes chemical reduction and hot addition. Furthermore, these copper nanoparticles were dispersed into an ether-based solvent, patterned onto various substrates through inkjet printing, and then converted into conductive metallic traces through a relatively low-temperature, reductive sintering process. The results are optimistic, however, there are some disadvantages of copper which must be overcome are that the copper ion is not easily reduced under mild reaction conditions and copper nanoparticles tend to be easily oxidized in air under ambient atmospheric conditions in comparison to noble metals like gold and silver.

To read more: Lee, Youngil; Choi, Jun-rak. “Large-scale synthesis of copper nanoparticles by chemically  controlled reduction for applications of inket-printed electronics” Nanotechnology. 19(2008).