Nuevo material, inspirado en las lágrimas, que se adapta al ambiente

Un equipo de investigadores en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de la Universidad de Harvard y el Instituto Wyss para la Ingeniería Biológicamente Inspirada, adscrito a dicha universidad, en Cambridge, Massachusetts, Estados Unidos, acaba de acercar mucho más a la realidad estos atractivos conceptos, al diseñar un nuevo tipo de material adaptable en el que se puede ajustar a conveniencia su grado de transparencia y su grado de actividad hidrófoba.

El nuevo material desarrollado por el equipo de Joanna Aizenberg y Xi Yao fue inspirado por sistemas dinámicos autorrestaurables de la naturaleza, tales como la película líquida que recubre nuestros ojos.

Las lágrimas individuales se unen para formar dicha película líquida, que es muy dinámica y que realiza una función óptica obvia y fundamental: Mantener la claridad de la visión, conservar húmedo al ojo, y protegerlo contra el polvo y las bacterias, ayudando a transportar hacia afuera cualquier residuo.

Dicha película líquida hace todo esto, y más, en el tiempo en que se tarda en parpadear, literalmente

Las numerosas aplicaciones de un nuevo y asombroso material

Una forma nanoestructurada de dióxido de titanio sirve para obtener hidrógeno, desalinizar agua, ser usada para fabricar células solares flexibles, duplicar la duración de las baterías de ión-litio, y posiblemente emplearse en una nueva clase de vendajes gracias a su capacidad antibacteriana.

Pero quizá lo más destacado de este material, desarrollado por el equipo del profesor Darren Sun de la Universidad Tecnológica Nanyang en Singapur, no es tanto que tenga tantas y tan variadas aplicaciones, sino que puede cumplir todas esas funciones descritas a un costo mucho menor que el de la tecnología existente utilizada habitualmente para tales aplicaciones.

Esta singular forma nanoestructurada de dióxido de titanio, en cuyo desarrollo se han invertido cinco años de esfuerzos, se genera convirtiendo cristales de dióxido de titanio en una clase muy específica de nanofibras, con las que se confeccionan membranas de un tipo especial, que incluyen una combinación de carbono, cobre, zinc o estaño, dependiendo del producto final específico que se necesite.

El dióxido de titanio es un material barato y abundante, del que se ha demostrado científicamente que tiene la capacidad de acelerar una reacción química (es (fotocatalítico) y también que es capaz de unirse con facilidad al agua (es hidrófilo).

Una pequeña cantidad de una variedad del nuevo material nanoestructurado (medio gramo de nanofibras de dióxido de titanio tratadas con óxido de cobre) puede generar 1,53 mililitros de hidrógeno en una hora al sumergirla en un litro de aguas residuales. Esta cantidad de hidrógeno generado es tres veces mayor que la obtenida al usar platino en la misma situación. En dependencia del tipo de agua residual, la cantidad de hidrógeno generado por el nuevo material puede llegar a ser de 200 mililitros en una hora. Además se puede usar una mayor cantidad del nanomaterial en cantidades más grandes de aguas residuales para aumentar la producción de hidrógeno.

para más información:
http://media.ntu.edu.sg/NewsReleases/Pages/newsdetail.aspx?news=14e3b618-c71c-4f20-935c-2a566af5a298

Un sistema almacena hidrógeno de forma más eficiente y económica

Miembros del Instituto Universitario en Nanociencia de Aragón de la Universidad de Zaragoza (España) han desarrollado nuevos materiales para ser utilizados como 'diafragmas' separadores en la producción de hidrógeno.

El proyecto, que comenzó en 2009, tiene como objetivo mejorar la eficiencia y la vida útil de los usados actualmente, así como en los componentes del electrolizador –descomponen sustancias en disolución con una corriente eléctrica–.El nuevo dispositivo permite separar el hidrógeno del oxígeno a lo que se denomina un menor voltaje de celda, es decir, con un menor gasto energético, y con mayor pureza.
Estos dispositivos se han creado dentro de los proyectos ministeriales de transferencia de conocimiento a la empresa, como Sphera (CENIT) y Desphega (INNPACTO), gestionados a través de la OTRI del Vicerrectorado de Transferencia e Innovación Tecnológica de la Universidad de Zaragoza.

Con esta colaboración se ha contribuido al desarrollo de electrolizadores de tecnología alcalina de alta potencia y eficiencia para la producción de hidrógeno energético a partir de fuentes de energía renovables y, en particular, de la energía eólica.

En la actualidad, para ajustar la generación de la energía eléctrica a la demanda es necesario en muchos casos almacenarla. Una de las formas de hacerlo es en forma de hidrógeno utilizando para ello el electrolizador, capaz de romper la molécula de agua, obteniéndose oxígeno e hidrógeno, que se comprime y almacena.

Posteriormente, cuando de nuevo se precisa energía eléctrica, el hidrógeno se convierte en electricidad utilizando otro equipo, la pila de combustible. (Fuente: Universidad de Zaragoza)

Una mezcla de arroz y petróleo aumenta la resistencia del cemento

Una nueva fórmula que añade residuos agroindustriales al cemento le proporciona mayor resistencia, mitiga su impacto ambiental, mejora las condiciones termoacústicas y reduce costos de construcción.

El cemento es uno de los materiales más nocivos para el medioambiente, pues, por cada kilo usado, se produce igual cantidad de dióxido de carbono que contamina la atmosfera. A pesar de esto, es muy utilizado en todo el mundo para construir grandes obras de infraestructura.

A fin de mitigar su impacto, investigadores de la UN (Colombia) y de la Universidad Politécnica de Valencia (España) le incorporaron residuos agroindustriales de petróleo y arroz; mezcla que no solo mejora su uso, sino que también aumenta su resistencia y reduce los costos de las obras.
“Al mezclar el cemento con agua se desencadena una reacción que produce los compuestos químicos responsables de su fuerza. En este proceso también se libera hidróxido cálcico Ca(OH)2. Esta sustancia disminuye su endurecimiento, pero al adicionársele los residuos agroindustriales se revierte este efecto y se potencian así sus propiedades aglutinantes”, indica Xavier García Martí, investigador de la institución española.

Además mejora el comportamiento termoacústico de los muros, dado que los elementos prefabricados son de espesores mayores a diez centímetros y poseen cavidades que mantienen estable la temperatura y controlado el ruido. 

http://noticiasdelaciencia.com/not/6665/una_mezcla_de_arroz_y_petroleo_aumenta_la_resistencia_del_cemento/

Un material maleable se endurece como una escayola

El Centro de Investigación Aplicada Tecnalia Research & Innovation, en España, a través de su iniciativa FIK, ha diseñado Varstiff, un material textil inteligente que puede adoptar formas diferentes.

Cuando se le aplica vacío, se vuelve rígido hasta alcanzar durezas equivalentes a las de un plástico convencional. Pero el material regresa al estado flexible cuando se elimina ese vacío.

De esta forma el nuevo material se adapta a cualquier parte del cuerpo y en cualquier situación, pudiendo ser colocado en su estado blando y maleable para que después, aplicándole vacío, se vuelva rígido como una escayola.Esto permite, en caso de accidente, la inmovilización inmediata de zonas del cuerpo de difícil acceso sin mover el cuerpo, como el cuello, la espalda o el tórax. De hecho, se usará en un inmovilizador de emergencia para víctimas de accidentes.

La automoción, el ocio y el deporte son otros campos en los que este material puede aportar nuevas utilidades que garanticen la seguridad y comodidad de los usuarios. En automoción, este material aportará mayor comodidad y personalización de elementos, como asientos que se ajustan a cada persona, sistemas de absorción de energía en las puertas o bandejas de maletero flexibles.

En el ámbito del deporte, puede dar lugar a elementos de camping flexibles como sillas, mesas, esterillas, etc. Asimismo, este material puede ser pionero en el desarrollo de textiles de protección de alto rendimiento, como por ejemplo, ropa destinada a deportes de riesgo o para los cuerpos de seguridad. 

Desarrollan un método que mejora la superconductividad

Los superconductores son compuestos que pueden aproximarse a la ‘resistencia cero’, es decir, que tienen la capacidad de transportar corriente eléctrica sin pérdidas de energía. Pero esta es una capacidad que solo pueden alcanzar cuando se encuentran por debajo de ciertos valores críticos de temperatura y campo magnético.

La cuestión es que este enfriamiento es un procedimiento costoso, por lo que, durante las últimas décadas, científicos de todo el mundo han buscado el modo de alcanzar la mayor aproximación posible a la resistencia cero a una temperatura lo más cercana posible a los valores críticos.

El equipo de científicos ha logrado precisamente desarrollar un método que permite aumentar –hasta cerca de los valores críticos– el rango de transporte de corriente sin pérdidas.

El estudio proporciona nuevas ideas para encontrar métodos de fabricación de compuestos superconductores que harán posible, entre otras cosas, un transporte más accesible y económico de la corriente eléctrica. Los autores, de hecho, se plantean ayudar a desarrollar el potencial tecnológico de los superconductores, potencial que pasa por la reducción del calentamiento en circuitos electrónicos.

La mejora de la capacidad de conducción de corriente en materiales superconductores fue lograda a través de la inmovilización de vórtices. Estos son diminutos tornados cuánticos formados por parejas de electrones que, inducidos por el campo magnético, circulan alrededor de un núcleo nanométrico. La aparición de resistencia eléctrica está asociada al movimiento de estos vórtices, por lo que su inmovilización repercute en la mejora de la superconductividad.

Para lograr la inmovilización de los vórtices, los investigadores “labraron” distintos patrones geométricos en compuestos superconductores utilizando técnicas de nanofabricación muy avanzadas. De este modo lograron encontrar geometrías particularmente eficaces para impedir el movimiento de vórtices justo en el momento en que este movimiento es más dañino para la superconductividad –cerca de los valores críticos–.

El grafeno convierte la luz en electricidad

Un equipo español del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), en colaboración con el Massachussets Institute of Techology de Estados Unidos, el Max Planck Institute for Polymer Research de Alemania y Graphenea S.L. de Donostia-San Sebastián, muestran en Nature Physics que el grafeno es capaz de convertir un fotón absorbido en múltiples electrones que pueden conducir corriente eléctrica.

Este prometedor descubrimiento convierte el grafeno en una importante alternativa para la tecnología de energía solar, actualmente basada ​​en semiconductores convencionales como el silicio.

Esta característica hace del grafeno el ladrillo ideal para la construcción de cualquier dispositivo que quiera convertir la luz en electricidad. En particular, permite la producción de potenciales células solares y detectores de luz que absorban la energía del sol con pérdidas mucho menores.

El experimento ha consistido en mandar un número conocido de fotones a diferentes energías sobre una capa fina de grafeno." Esta relación nos muestra que el grafeno convierte la luz en electricidad con una eficiencia muy alta. Hasta ahora se especulaba que el grafeno tenía un gran potencial para convertir luz en electricidad, pero ahora hemos visto que es incluso mejor de lo esperado”.    

Aunque aún hay algunos aspectos que los científicos están tratando de mejorar, como la baja absorción del número de fotones, el grafeno tiene el potencial de provocar cambios radicales en muchas tecnologías actualmente basadas en semiconductores convencionales.

"Se sabía que el grafeno es capaz de absorber un espectro muy grande de colores de la luz. Sin embargo, ahora sabemos que una vez el material ha absorbido esta luz, la eficiencia de conversión de energía es muy alta. Nuestro próximo reto será encontrar formas para extraer la corriente eléctrica y mejorar la absorción del grafeno. Entonces seremos capaces de diseñar dispositivos de grafeno que detectan la luz de manera más eficiente, dando paso a células solares más eficientes ", concluye Koppens.

Comunicación química entre piezas hechas de un mismo e insólito material

En la película "Terminator 2", una de las propiedades más inquietantes de un robot metamórfico era la capacidad que tenían sus fragmentos para reagruparse juntos y recomponer así al robot original que se había roto en pedacitos.

Un material que fuese capaz de una hazaña comparable a esa tendría infinidad de aplicaciones, aunque sólo sirviera para estructuras simples, no para máquinas sofisticadas.En la Universidad de Pittsburgh, Estados Unidos, ya se trabaja en un candidato. Se trata de un material sintético gelatinoso que, preparado adecuadamente, es capaz de reensamblarse conformando una estructura, a pesar de haber sido ésta cortada a trozos. Para que los trozos puedan detectarse unos a otros y aproximarse entre ellos lo suficiente como para volver a fusionarse, el material se vale de un sistema de comunicación mediante señales químicas. El material está basado parcialmente en una clase un tanto intrigante de reacciones químicas oscilantes, las de Belousov-Zhabotinsky, llamadas así en reconocimiento al científico que las descubrió, Boris Belousov, y al que desarrolló una base teórica para las mismas, Anatoli Zhabotinsky, ambos rusos

Para tener acceso a más información les dejo el link del la página de la Universidad de Pittsburgh:
http://www.news.pitt.edu/Oscillating_Gel_Speak

Desarrollar nuevos materiales a partir de teoremas topológicos

Al mostrar que partículas diminutas inyectadas dentro de un medio de cristal líquido se comportan en concordancia con ciertos teoremas matemáticos existentes, unos físicos han abierto la puerta al desarrollo de una multitud de nuevos materiales con propiedades que no existen en la naturaleza.

Los resultados de esta nueva investigación indican que es posible crear nuevos materiales usando la topología, una importante rama de las matemáticas.

Este estudio también es el primero en mostrar experimentalmente que algunos de los teoremas topológicos más importantes mantienen su validez en el mundo material. 

La investigación es obra del equipo de Sailing He de la Universidad de Zhejiang en China, Ivan Smalyukh, Bohdan Senyuk y Qingkun Liu, de la Universidad de Colorado en Boulder, Randall Kamien y Tom Lubensky de la de Pensilvania, y Robert Kusner de la de Massachusetts en Amherst, éstas tres últimas en Estados Unidos.

Los resultados del estudio indican que la interacción entre partículas y la alineación molecular en cristales líquidos concuerdan con las predicciones de teoremas topológicos, lo que hace factible usar estos teoremas en el diseño de nuevos materiales compuestos con propiedades únicas que no están presentes en la naturaleza y que los químicos no pueden sintetizar por los medios convencionales.

Por ejemplo, el camino abierto con esta investigación podría llevar a mejoras importantes en pantallas de cristal líquido, como las usadas en ordenadores portátiles y televisores, para hacerlos capaces de interactuar con la luz de maneras nuevas y diferentes. Una posibilidad consiste en crear pantallas de cristal líquido cuya eficiencia energética sea mayor que la de las pantallas actuales, aumentando así el tiempo antes de la recarga durante el cual la batería puede suministrar energía a los dispositivos conectados a ella.

http://www.colorado.edu/news/releases/2012/12/26/research-cu-boulder-physicists-creates-‘recipe-book’-building-new-materials

La evolución histórica de los materiales

Un video presentado por el Dr. David Garcia Sanoguera. Muestra la evolución en una línea de tiempo de los cuatro grupos principales de materiales que el hombre fue desarrollando junto con su crecimiento. Tales grupos son los metales, polímeros, cerámicos y compuestos. Así como un resumen de las tendencias de ellos y sus características principales.