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

Hielo podría mejorar la biocompatibilidad de implantes

Según un artículo publicado esta semana en NewScientist.com, una serie de cálculos precisos sugiere que unas capas de hielo de unos cuantos nanómetros de grosor podrían permanecer congeladas a la temperatura del cuerpo humano cuando se encuentran sobre láminas de diamante con una capa superficial de sodio. Según el equipo de la Universidad de Harvard que ha realizado el estudio, estos recubrimientos de hielo podrían hacer más biocompatibles los implantes médicos endurecidos con diamante.

Los recubrimientos de diamante se encuentran en un número cada vez mayor de implantes médicos resistentes al desgaste, como las prótesis, las válvulas de corazón artificiales y las piezas de recambio de las articulaciones. Sin embargo, el diamante puede producir coagulación, al atraer a las proteínas coagulantes y, además, a menudo su dureza da lugar a una mayor abrasión de los tejidos que con otros materiales.

Alexander Wissner-Gross y Efthimios Kaxiras han calculado que estos problemas se podrían superar enlazando una capa de átomos de sodio a la superficie de diamante. Esta capa de sodio mantendría una capa de hielo de unos 2 nanómetros de grosor a 37ºC (temperatura del cuerpo humano), proporcionando una “barrera” con respecto al diamante que es biológicamente compatible. De este modo, el hielo disminuiría los efectos negativos del diamante, ofreciendo una interfaz biocompatible de moléculas de agua.

Los investigadores han llegado a su descubrimiento por medio de una simulación informática basada en “dinámica molecular”. En concreto, simularon el movimiento de átomos de agua sobre una superficie de sodio-diamante a diferentes temperaturas y durante largos períodos de tiempo. Los cálculos indican que la capa de hielo puede permanecer congelada a temperaturas elevadas gracias a las interacciones dipolo entre las moléculas de agua y la superficie.

Según los autores del estudio la principal aplicación de este descubrimiento podría ser la elaboración de recubrimientos para implantes médicos de diamante, como las articulaciones protésicas, con el fin de hacerlos más biocompatibles. "La capa de hielo estabilizada por el diamante podría proteger los tejidos de la abrasión y evitar la coagulación de la sangre en la superficie de diamante", señala Wissner-Gross.

"La capacidad de crear una capa hidrofílica sobre un diamante duro o sustrato similar es un avance importante", señala David Martin, profesor de ingeniería biomédica en la Universidad de Michigan y científico jefe de Biotectix, una empresa que fabrica recubrimientos poliméricos para dispositivos biomédicos. Sin embargo, Martin advierte que el nuevo método podría no resolver el principal problema de estos dispositivos, que es que las propiedades mecánicas de los implantes son incmpatibles con las de los tejidos biológicos blandos. "El recubrimiento de hielo será extremadamente fino y plano y su mecánica, vista por una célula, no será muy diferente de la del objeto sin recubrimiento", añadió.

Fuente: New Scientist

Se desarrolla resonador nanoscópico

Unos nanoresonadores forman una diminuta puerta lógica

Según un artículo publicado este mes en la versión en línea de NewScientist, investigadores estadounidenses han desarrollado un “resonador” nanoscópico que podría formar las piezas de las puertas lógicas en el interior de ordenadores electromecánicos.

Sotiris Masmanidis, del California Institute of Technology en Pasadena, y sus colegas sugieren que los ordenadores construidos a partir de componentes electromecánicos a nanoescala podrían ser más eficaces y robustos que los ordenadores puramente electrónicos.

El resonador consiste en un trozo de cristal de arseniuro de galio de 4 micrómetros de largo, 0,8 micrómetros de ancho y 0,2 micrómetros de fondo, unido a una baso. Un lado de la barra de cristal está dopado para ofrecer electrones extra, mientras que al otro le faltan.

Cuando se aplica a la barra un voltaje de corriente alterna (CA), se forma un campo eléctrico en el centro de la misma. Se produce entonces un efecto piezoeléctrico, que hace que el cristal de arseniuro de galio se deforme. Si el voltaje de CA tiene la frecuencia adecuada, la barra resonará, vibrando como una barra de metal tras recibir un golpe.

En los experimentos bastó con un voltaje de 5 nanovoltios (el equivalente a la carga de un solo electrón) para accionar el dispositivo.

El resonador se puede “ajustar” también aplicando un voltaje de corriente continua (CC). El voltaje de CC hace que lo que se conoce como capa de agotamiento (la zona más resistente en el centro de la barra) oscile ligeramente hacia la parte superior o inferior de la barra.

Dado que es esta zona resistente la que es sensible al efecto piezoeléctrico, su variación cambia el modo en que la barra vibra en respuesta al voltaje de CA. El voltaje de CC puede garantizar que el resonador responde a la frecuencia deseada o también se puede utilizar para encenderlo y apagarlo.

Según los investigadores, estos resonadores se podrían utilizar finalmente para fabricar dispositivos lógicos nanoscópicos. Para demostrarlo, cogieron dos barras y las colocaron en forma de "L". Cuando hicieron pasar una corriente alterna por cada una de las barras, todo el dispositivo resonó a una frecuencia concreta. En cambio, cuando hicieron pasar la corriente por ambas barras las vibraciones se anularon entre sí.

El dispositivo funciona, por tanto, como una puerta lógica.

Según Miles Blencowe, físico del Dartmouth College, en Hanover, New Hampshire (EEUU), en teoría una puerta lógica de este tipo podría ser mucho más eficaz que una hecha de componentes electrónicos, dado que requeriría menos energía y liberaría menos calor. Sin embargo, para hacer realidad este objetivo, señala Blencowe, el siguiente paso es averiguar cómo volver a transformar las señales de alta frecuencia de cada resonador en una señal electromagnética que se pueda transmitir a otro dispositivo, con el fin de formar un circuito lógico más amplio.

Fuente: New Scientist

Nanopegamento para dispositivos electrónicos

Según un artículo publicado esta semana en Technology Review, investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer, en Troy, Nueva York, han descubierto unas moléculas orgánicas de un nanómetro de largo que pueden actuar como un pegamento barato y eficaz para unir diminutos componentes electrónicos. En su estudio, publicado en la revista Nature, los investigadores observaron que estas moléculas permiten pegar dos superficies que normalmente no son fáciles de unir.

Sorprendentemente, su capacidad adhesiva aumenta al exponer el nanopegamento a temperaturas muy elevadas.

Según Ganapathiraman Ramanath, profesor de ingeniería y ciencias de los materiales que dirigió el estudio, estas moléculas se podrían utilizar como pegamento barato y fácil de aplicar en una serie de usos, como por ejemplo, para unir diminutos componentes electrónicos, como transistores y cables en chips de ordenadores cada día más pequeños.

El nanopegamento, que pertenece a una clase de compuestos llamados organosilanos, consiste en una cadena de átomos de hidrógeno y carbono con azufre en un extremo y silicio en el otro. Esta cadena molecular normalmente se desintegra a temperaturas por encima de los 300-400ºC, pero Ramanath y sus colegas han descubierto que colocando las moléculas entre cobre y dióxido de silicio, éstas unen ambos materiales y, además, la unión se refuerza a temperaturas elevadas. A temperatura ambiente, el enlace resultante es tres veces más fuerte que un enlace directo entre el cobre y el silicio y a 700ºC es diez veces más fuerte de lo normal.

Una de las ventajas de este pegamento es la poca cantidad que se necesita, dado que una sola capa de moléculas de organosilanos basta para unir el cobre y el silicio y el grosor de la capa es igual a la longitud de una molécula, es decir, un nanómetro. A 35 céntimos el gramo, el nuevo pegamento es totalmente asequible.

Los investigadores esperan, ahora, poder adaptar el nanopegamento para que pueda unir otros materiales, como aislantes y semiconductores, modificando los grupos químicos unidos a ambos extremos de la cadena molecular.

Una aplicación importante para este pegamento podría ser la de unir los cables de cobre que conectan varios componentes en los chips informáticos. En estos chips, los cables de cobre se depositan sobre capas aislantes de dióxido de silicio para evitar que las señales de los cables se mezclen e interfieran entre sí. Sin embargo, el cobre no se pega bien al dióxido de silicio y, además, las moléculas de cobre se dispersan en el silicio. "Es necesario aislar químicamente ambas superficies", señala Ramanath. "Queremos que se adhieran, pero sin mezclarse".

Actualmente, los fabricantes de chips utilizan capas de materiales como tántalo o titanio, de al menos 10 nanómetros de grosor, entre el cobre y el dióxido de silicio. Sin embargo, a medida que el tamaño de estos dispositivos se adentra en el rango del nanómetro, el nuevo pegamento, que es 10 veces más fino, podría ser el sustituto ideal.

Fuente: Technology Review

Autoensemblaje de nanocristales

Autoensemblaje de nanocristales controlado por “Lab-in-a-drop”

A lo largo de toda la historia humana, las tecnologías han implicado habitualmente algún tipo de enfoque “de arriba abajo”, ya fuese para cortar un trozo de piedra de una gran roca o para utilizar micro o nanolitografía para grabar estructuras más pequeñas a partir de entidades mayores.

Por el contrario, el autoemsamblaje de nanoobjetos es un ejemplo de los nuevos enfoques tecnológicos “de abajo arriba” que pronto ofrecerán novedosos procesos de fabricación y productos con propiedades considerablemente mejoradas.

Concretamente, el autoensamblaje de nanocristales coloidales permite obtener estructuras con un nivel de ordenación elevado y facilita el uso de patrones de construcción en la optoelectrónica, la fotónica y la biodetección.

Lo que hace que los nanocristales resulten tan atractivos para los investigadores es el hecho de que las propiedades fundamentales para permitir el proceso de ordenación, entre las que se incluyen su tamaño, forma, protección de superficie, estabilización y carga, se pueden controlar junto con la estructura electrónica de cada nanocristal.

A modo de ejemplo, se ha desarrollado una técnica "lab-in-a-drop" donde se pueden producir una serie de nanoestructuras con las propiedades deseadas.

Fuente: Nanotech Now

Los nanocilindros son mejores que las nanoesferas para la administración de fármacos

Según un artículo publicado el 5 de abril de 2007 en SmallTimes.com, investigadores de la Facultad de Medicina y la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Pensilvania, han descubierto un modo mejor de administrar fármacos a los tumores. Utilizando un conductor cilíndrico, los investigadores lograron mantener la administración del fármaco anticanceroso paclitaxel a un modelo animal de cáncer de pulmón durante un tiempo diez veces superior al de los conductores esféricos. Estos resultados, publicados en línea en Nature Nanotechnology, pueden tener consecuencias para la administración de fármacos, así como para entender mejor algunos virus con forma cilíndrica como el Ébola y el H5N1.

"El torrente sanguíneo tiene un bombeo constante y estas nanopartículas cilíndricas se alinean con el flujo, manteniéndose en circulación mucho más tiempo que las conocidas partículas esféricas", señala el Dr. Dennis E. Discher, Prof. de Química e Ingeniería Biomolecular en el Institute for Medicine and Engineering de la Universidad de Pensilvania.

En su estudio, los investigadores utilizaron finas nanopartículas cilíndricas compuestas de polímeros sintéticos para administrar paclitaxel al tejido de un tumor de pulmón humano implantado en roedores. Los cilindros tenían diámetros pequeños, de hasta 20nm, y largos similares al tamaño de las células sanguíneas. El paclitaxel reduce el tamaño de los tumores y, dado que los cilindros permanecieron en circulación hasta una semana después de la inyección (frente a las pocas horas que se mantienen las nanopartículas esféricas), administraron una dosis mayor, eliminando más células cancerosas y reduciendo mucho más el tamaño de los tumores.

Además de su importancia para el tratamiento del cáncer de pulmón, este descubrimiento puede mejorar los tratamientos de otras enfermedades, como las cardiovasculares y otros tipos de cáncer. También está ayudando a los científicos a entender por qué algunos virus cilíndricos como el Ébola o el H5N1 son tan eficaces.

La investigación ha sido financiada por el National Institute of Biomedical Imaging and BioEngineering.

Fuente: Smalltimes

Hélices para nanobots

Según un artículo publicado el 13 de baril de 2007 en Technology Review, un grupo de investigadores ha descubierto una nueva forma de propulsión para microrobots que imita el modo en que las bacterias se desplazan rápidamente por medio de sus apéndices con forma de sacacorchos denominados flagelos.

Las pruebas indican que estas diminutas nanoespirales, de tan solo 27 nanómetros de grosor y 40 micrómetros de largo, son capaces de girar a 60 revoluciones por minuto e impulsar un objeto a cerca de 5 micrómetros por segundo.

Este tipo de propulsión se podría utilizar en sistemas de administración de fármacos, en los que éstos son transportados por el flujo sanguíneo hasta el objetivo, señala Bradley Nelson, director de la investigación y profesor de robótica y sistemas inteligentes en el instituto federal suizo de tecnología, en Zurich. A largo plazo, estas nanohélices se podrían utilizar para impulsar microrobots biomédicos autónomos.

Según Sylvain Martel, profesor asociado del departamento de ingeniería informática de la Escuela Politécnica de Montreal, Canadá, el movimiento por fluidos a nanoescala puede ser todo un reto debido a la viscosidad del líquido. A medida que disminuye el tamaño de un objeto, la fuerza necesariapara moverlo a través de un fluido no se reduce proporcionalmente, señala Martel. Para una bacteria que se intenta mover a escala microscópica, el efecto puede ser enorme; de ahí que desarrollasen sus sofisticados flagelos.

Un motor molecular que bombea protones a través de la membrana de la célula hace que los filamentos helicoidales del flagelo roten. El sistema es tan eficaz que algunos flagelos han llegado a girar a velocidades de hasta 1.000 revoluciones por minuto.
La nanoespirales de Nelson, fabricadas con dos finas bandas de arseniuro de galio, una sobre otra, por medio de técnicas fotolitográficas, con un revestimiento de indio en la capa inferior, generan su movimiento con un campo magnético giratorio externo que hace que se muevan se forma similar a los flagelos.

No es la primera vez que se utilizan campos magnéticos externos para hacer girar espirales, pero las demostraciones anteriores solían ser en una escala de milímetros. "La escala en esta ocasión es impresionante", señala Martel.

Los sistemas de administración de fármacos son una de las aplicaciones más atractivas para esta forma de propulsión, ya que pudiendo dirigir los microdispositivos de administración de fármacos hacia un lugar preciso, los tratamientos serían más eficaces.

Fuente: Technology Review

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Nano lámparas

Investigadores de la Universidad de Cornell desarrollan ‘nanolámparas’ del tamaño de virus

Según un artículo publicado el 11 de abril de 2007 en news.cornell.edu, para ayudar a iluminar el nanomundo, un equipo de investigación interdisciplinar de la Universidad de Cornell ha producido unas ‘nanolámparas’ microscópicas, nanofibras emisoras de luz del tamaño de un virus que podrían permitir el uso de dispositivos electrónicos flexibles como sensores.

Por medio de la colaboración de expertos en materiales orgánicos y en nanofabricación, los investigadores han creado uno de los dispositivos orgánicos emisores de luz más pequeños hasta la fecha, elaborado con fibras sintéticas de tan solo 200 nanómetros de ancho. Sus posibles aplicaciones se encuentran en el campo de los productos electrónicos flexibles, que cada vez se hacen más pequeños.

Las fibras, elaboradas a partir de un compuesto basado en rutenio, son tan pequeñas que su tamaño es incluso inferior a la longitud de onda de la luz que emiten. Esta fuente de luz localizada podría dar lugar a beneficios en aplicaciones que van desde la detección o la microscopía a pantallas planas.

El trabajo, publicado en el ejemplar de febrero de Nano Letters, es una colaboración de nueve investigadores de Cornell dirigida por José M. Moran-Mirabal, Doctor en física aplicada.

Utilizando la técnica de electrospinning, los investigadores hicieron girar las fibras con una mezcla del complejo metálico de tris-bipiridina de rutenio y el polímero de óxido de polietileno, y observaron que las fibras emitían una luz naranja al aplicarles un bajo voltaje por medio de microelectrodos patrón.
Los investigadores demostraron también que estos diminutos dispositivos emisores de luz se pueden obtener con métodos de fabricación sencillos. Sin embargo, su duración todavía se está investigando.

Fuente: Universidad de Cornell