Nano copas para energía solar

Según un artículo publicado esta semana es ScienceDaily.com, un nuevo material, conocido como nano flakes, podría revolucionar la transformación de energía solar en electricidad. De ser así, incluso los hogares más modestos podrían utilizar la energía solar y ahorrar dinero en un futuro.

Si las futuras células solares del investigador Martin Aagesen cumplen sus expectativas, tanto nuestra economía como el medioambiente se beneficiarán de su investigación. Menos de un 1% de la electricidad del mundo proviene del sol, debido a la dificultad de transformar la energía solar en electricidad, pero el descubrimiento de Martin Aagesen podría suponer un enorme avance de cara a impulsar el aprovechamiento de la energía solar.

"Creemos que los nano flakes tienen el potencial para convertir hasta un 30% de la energía solar en electricidad, es decir, el doble de lo que convertimos hoy en día", señala Martin Aagesen, Doctor del Nano-Science Center y el Niels Bohr Institute de la Universidad de Copenhagen. Durante el trabajo de su tesis de doctorado, Martin descubrió un nuevo material.

"Descubrí una estructura cristalina perfecta. Es una visión muy extraña. A pesar de ser una estructura cristalina perfecta, pudimos observar que además absorbía toda la luz. Podría llegar a ser la célula solar perfecta", señala Aagesen. El descubrimiento del nuevo material ha despertado mucho interés a nivel internacional y ha dado lugar a un artículo en la revista Nature Nanotechnology.

"Su potencial es inconfundible. Podemos reducir los costes de producción de las células solares porque, gracias al uso de la nanotecnología, utilizamos menos cantidad del caro semiconductor silicio en el proceso. Al mismo tiempo, las futuras células solares aprovecharán mejor la energía solar a medida que la distancia de transporte de energía en la célula solar sea más corta y, por tanto, se pierda menos energía", señala Aagesen, que es también director de la compañía SunFlake que está desarrollando la nueva célula solar.

Fuente: Science Daily

Electrocatalizador de nanocristales para pilas de combustible

Científicos de China y EEUU han desarrollado un nuevo tipo de electrocatalizador de nanocristales para pilas de combustible. Dentro de unos años, este material de nitruro de cromo no noble podría ser una alternativa real al platino, extremadamente caro.

Las pilas de combustible de membrana electrolítica de polímeros (PEMFCs) tienen una elevada eficacia de conversión de energía, lo que hace que resulten prometedoras para aplicaciones en el campo del transporte. Se cree que son el mejor tipo de pila de combustible para reemplazar finalmente a los motores de combustión interna diesel y de gasolina. Aunque, por ser muy activo, el platino es el material de uso más extendido como catalizador en las PEMFC, se trata de un metal noble muy caro que, hoy por hoy, está frenando la difusión de los PEMFC.

Ahora, Huamin Zhang, de la Academia China de las Ciencias, en Dalian, y sus colegas, han expuesto una posible alternativa a este metal noble. Aunque la actividad catalítica de los nanocristales de nitruro de cromo (CrN) es todavía, en cierto modo, menor que la del platino, se trata de un material no noble y, comparado con otros materiales investigados para el mismo fin su actividad es mejor, señala Zhang.
"Este trabajo es el primer informe sobre este material como catalizador de una pila de combustible", comentó para nanotechweb.org. "Una posterior optimización en la preparación del CrN podría mejorar su actividad, convirtiéndolo en una verdadera alternativa al platino, en cuanto a eficacia y coste".

Zhang y sus colegas comprobaron la actividad electromecánica de sus catalizadores probándolos en una pila de combustible individual y observaron que el material presentaba una actividad catalítica similar a la del platino, además de ser estable en una PEMFC a temperaturas de hasta 80°C.

Los investigadores esperan mejorar significativamente su material en tres años, optimizando su composición química y el modo de preparación del catalizador. También desarrollarán un proceso de fabricación para el montaje de electrodos de la membrana con el fin de mejorar aún más la actividad del catalizador.

Según Zhang, una vez hecho esto, se podría sacar el material al mercado, puesto que es barato y fácil de hacer.

Fuente: Nanotech Web

Regeneradora de nanocables limpia las señales ópticas

Según un artículo publicado esta semana en NewScientist.com, eliminar las distorsiones de las señales ópticas podría acelerar el desarrollo de redes de fibra óptica más rápidas y eficaces.

Mientras la luz viaja por una fibra óptica, la información que transporta decae gradualmente, por lo que es necesario regenerarla durante el camino para mantener los datos intactos. Actualmente, esto se hace convirtiendo las señales ópticas en eléctricas, para luego volver a convertirlas en ópticas. Sin embargo, este enfoque añade complejidad y encarece los costes, además de ralentizar la red.

Las empresas de telecomunicaciones desearían encontrar un sistema mejor que les permitiese alcanzar tasas de transmisión de datos más elevadas con las redes de fibra ópticas existentes.

"Hay que empezar a pensar en regenerar y limpiar la señal de datos, o de lo contrario la distorsión empeorará realmente las cosas a medida que se alcancen tasas de transmisión de datos máselevadas", señala Alexander Gaeta, investigador de óptica de la Universidad de Cornell, en Ithaca, Nueva York (EEUU), coautor de un trabajo de investigación sobre un nuevo método para eliminar las distorsiones.

En sus experimentos, Gaeta y sus colegas utilizaron, como guía de ondas, un nanocable de silicio de 1,8cm de longitud, y 500x300nm en el corte transversal. Por un extremo del nanocable se introduce la señal de luz original y un rayo continuo de luz láser y por el otro extremo sale una versión limpia o “regenerada” de la señal de luz original.

El proceso incluye una técnica denominada mezclado de cuatro ondas, en la que señales de dos frecuencias distintas interactúan para crear una tercera señal a otra frecuencia diferente.

Una característica del mezclado de cuatro ondas es que la potencia de la señal de salida es exponencialmente más elevada que la de la señal de entrada. La medida de esa diferencia se conoce como coeficiente de extinción de la luz y el método dio lugar a una mejora de 4,3 decibelios en dicho coeficiente entre la señal de entrada y la de salida.

Según David Richardson, investigador de fibra óptica de la Universidad de Southampton, se han logrado resultados similares utilizando el mismo efecto con un tipo especial de fibra óptica, en lugar de un nanocable de silicio. Sin embargo el enfoque de la fibra óptica requiere unos 100m de cable y tiende a comprometer la estabilidad del dispositivo.

"Lo importante de este trabajo es que permite reducir considerablemente la escala física de los dispositivos necesarios para la regeneración de las señales", señaló Richardson. "Es compacto y se reducen considerablemente los requisitos energéticos. La técnica ofrece, además, la posibilidad de producción en masa".

Fuente: New Scientist

Nuevo material superoleofóbico

Investigadores del MIT y del laboratorio de investigación de la Base Edwards de las Fuerzas Aéreas en California, han desarrollado unos nuevos materiales que repelen la grasa y son capaces de autolimpiarse sin ayuda de agua y jabón.

Los investigadores han descrito exactamente cómo funcionan los materiales en el número actual de la revista Science, lo que podría ayudar a otros a desarrollar materiales similares.

La elaboración de materiales que repelen la grasa ha sido uno de los principales retos de la ciencia de los materiales. Los investigadores han logrado fabricar materiales super hidrófugos que hace que el agua forme gotas casi esféricas que resbalan fácilmente por las superficies o incluso son expulsadas fuera de ellas. Pero el aceite presenta una tensión de superficie muy inferior a la del agua, por lo que tiene mayor tendencia a extenderse sobre las superficies y ferrarse a ellas. Esto dificulta la creación de materiales que repelen el aceite, también llamados materiales superoleofóbicos.

"Hasta ahora, los materiales superoleofóbicos han sido una quimera", señala Jeffery Youngblood, profesor de ingeniería de los materiales de la Universidad de Purdue. "Por lo que yo sé, nadie ha visto antes esta clase de oleofobicidad". Anteriormente, se logró que el aceite formase gotas en una superficie, pero estas se quedaban pegadas en lugar de resbalar hacia fuera, señala Youngblood.

Finalmente, los investigadores han superado los obstáculos combinando dos avances: en primer lugar, los investigadores de las Fuerzas Aéreas desarrollaron un material similar a un super Teflón, con una molécula cuya estructura contiene mucho más flúor. Los grupos flúor en el Teflón lo convierten en repelente, señala Gareth McKinley, profesor de ingeniería mecánica del MIT que ha participado en la investigación.

No obstante, la química del material no es suficiente para hacerlo superoleofóbico. Los investigadores del MIT modificaron también la estructura microscópica del material, de modo que atrapa el aire próximo a la superficie y hace que el aceite del material esté parcialmente suspendido en el aire, evitando que las gotas de aceite se peguen a la superficie, señala Youngblood. El material resultante es tan oleofóbico que el aceite, que normalmente se pega a las superficies, en realidad rebota hacia el exterior.

Tras haber creado los materiales, los investigadores estudiaron los detalles que hacen que funcionen y desarrollaron un esquema de los métodos para fabricar estructuras superoleofóbicas, describiendo qué tipo de propiedades químicas, combinadas con qué clase de formas microscópicas, son necesarias para crearlos. Describieron también de qué modo interactúa el líquido con la superficie de un material y cómo varía esto en función de la estructura de la superficie y la presencia de aire.

Siguiendo estas reglas, los investigadores podrían llegar a desarrollar materiales más oleofóbicos, de fabricación más barata e, incluso, transparentes, lo que podría conducir a toda una serie de aplicaciones, incluidas as pantallas autolimpiables en las que los fabricantes de teléfonos móviles han estado trabajando durante años.

Fuente: Technology Review

Imágenes de nanotubos en células humanas

Según este artículo publicado esta semana en nanotechweb.org, científicos del Reino Unido han logrado obtener las primeras imágenes de nanotubos de carbono en células humanas, descubriendo que los nanomateriales pueden matar las células en función de la dosis y le tiempo de exposición. Estos resultados, publicados en la revista Nature Nanotechnology, podrían ayudarnos a entender mejor hasta qué punto son tóxicos los nanotubos de carbono.

Los nanotubos de carbono de pared simple (SWNT) resultan muy prometedores para aplicaciones dentro de la biomedicina. Sin embargo, los investigadores todavía se sienten inseguros ante la posible toxicidad de estos nanomateriales. Estudios previos indican que los nanotubos son sumamente tóxicos para las células, pero hasta ahora nunca se habían obtenidos imágenes directas de los nanomateriales, debido a la dificultad de distinguir los nanotubos de carbono de las estructuras celulares ricas en carbono.

Ahora, Alexandra Porter, de la Universidad de Cambridge, y sus colegas han logrado obtener imágenes en directo de los SWNT en el interior de las células. Con estas imágenes, los investigadores obtuvieron pruebas evidentes de que los nanotubos se introducen en las células humanas y se acumulan en el núcleo y el citoplasma de la célula, pudiendo causar la muerte celular.

El equipo, que incluye científicos del Daresbury Lab, de Cheshire, obtuvo imágenes de los SWNT en el interior de células macrófagas utilizando una combinación de microscopía electrónica por transmisión (TEM) y de técnicas de microscopía confocal. Los investigadores lograron captar en imágenes la luz reflejada desde los SWNT intracelulares en el microscopio confocal rellenando los nanotubos con halogenuros metálicos.

Porter y sus colaboradores descubrieron que las células expuestas a concentraciones elevadas de nanotubos (de 5 µg/ml) permanecían relativamente sanas incluso tras haber pasado dos días. Sin embargo, tras cuatro días, concentraciones más bajas de nanotubos (de 0 a 19 µg/ml) conducían a una disminución significativa de la viabilidad de la célula. El motivo es que algunos de los nanotubos se habían introducido en el citoplasma de la célula y llegado al núcleo.

Los investigadores eligieron las células macrófagas por ser éstas la primera línea de defensa frente a los materiales externos en muchos tejidos, incluidos los pulmones. Las nanopartículas inhaladas deberían ser ingeridas por los macrófagos, evitanso su entrada en el cuerpo.

Porter y sus colegas afirman que sus resultados no implican necesariamente que los nanotubos de carbono sean intrínsecamente tóxicos o que no se deban utilizar en ningún tipo de tratamiento. "Hay muchos otros factores que influyen en la exposición", señala Porter, "y todos deben ser estudiados antes de poder afirmar que [los nanotubos] son tóxicos".