Las nanofibras, tienen una amplia gama de aplicaciones posibles: andamios para la bioingeniería órganos, aire ultrafinas y filtros de agua, y la armadura de cuerpo ligero Kevlar, por nombrar sólo algunos.Luis Velásquez García, científico principal de investigación en el MIT Microsistems Technology Laboratories, y su grupo espera cambiar eso. En el Taller Internacional sobre Micro y Nanotecnología para la generación de energía y aplicaciones de conversión de energía en diciembre, Velásquez García, su alumno Felipe Ponce de León, y Frances Hill, un postdoc en su grupo, se describe un nuevo sistema para la hilatura nanofibras que deberían ofrecer importantes incrementos de productividad mientras que reduce drásticamente el consumo de energía.
Usando técnicas de fabricación comunes en la industria del microchip, los investigadores MTL construyó una matriz de una centímetro cuadrado de puntas cónicas, que se sumerge en un fluido que contiene un plástico disuelto. Se aplica entonces un voltaje a la matriz, produciendo un campo electrostático que es más fuerte en las puntas de los conos. En una técnica conocida como electrospinning, los conos expulsar el plástico disuelto como una corriente que se solidifica en una fibra de sólo 220 nanómetros de diámetro.
En sus experimentos, los investigadores utilizaron un arreglo de cinco por cinco de los conos, que ya produce un aumento de siete veces en la productividad por centímetro cuadrado por encima incluso los mejores métodos existentes. Sin embargo, Velásquez García dice, debería ser relativamente fácil de empacar más conos en un chip, aumentando aún más la productividad. De hecho, dice, en el trabajo previo en una técnica similar llamada electrospray, su laboratorio fue capaz de meter a casi un millar de emisores en un centímetro cuadrado. Y varias matrices se podrían combinar en un panel para aumentar los rendimientos adicionales.
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| Una matriz muy pequeña de puntas de silicona intercaladas entre los electrodos obtiene "nanofibras" de plástico que pueden ser útiles para una variedad de aplicaciones. Crédito: Dominick Reuter |
Debido a que el nuevo documento fue preparado para una conferencia de energía, se centra en las aplicaciones de la energía. Pero nanofibras podría ser útil para cualquier dispositivo que necesita para maximizar la relación de área superficial a volumen, afirma Velásquez García.
Los condensadores de circuito componentes que almacenan la electricidad son un ejemplo, porque las escalas de capacitancia con el área superficial.Los electrodos utilizados en las pilas de combustible son distintos, porque la mayor área de superficie de los electrodos, la forma más eficiente que catalizan las reacciones que conducen a la célula.
Otra aplicación prometedora de nanofibras es en mallas tan finas que permiten que sólo las partículas a nanoescala para pasar a través. El ejemplo en el paper otra vez proviene de la investigación energética: las membranas que separan las mitades de una pila de combustible.Pero mallas similar podría ser usado para filtrar el agua.
Este tipo de aplicaciones, Velásquez García dice, dependen de manera crucial de la coherencia en el diámetro de la fibra, otro aspecto en el que la nueva técnica ofrece ventajas frente a sus predecesores.
Las técnicas existentes de electrospinning se basan generalmente en pequeñas boquillas, a través del cual el polímero disuelto se fuerza. Las variaciones en las condiciones de funcionamiento y en la forma de las boquillas puede provocar grandes variaciones en el diámetro de la fibra, y el sistema hidráulico de las boquillas significa que no pueden ser embalados tan estrechamente juntos.
Algunos fabricantes han desarrollado hilado de fibras de dispositivos que utilizan campos electrostáticos, pero sus emisores se realizan mediante procesos mucho más crudas que las técnicas de fabricación de chips que los investigadores MTL explotados. Como consecuencia de ello, no sólo el arreglo de puntas mucho menos denso, los dispositivos también consumen más energía.
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