Nomada Q : grafeno

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La nanotecnología es una tecnología que permite y de la que se espera avances en diferentes campos. Estos incluyen materiales funcionales avanzados, sensores, herramientas, asistencia sanitaria, bio-análisis, purificación agua, tecnología de la energía, y más. Los científicos de IBM aplican su experiencia nanociencia a los problemas fuera de la nanoelectrónica y ayudan a abordan algunos de los mayores desafíos de nuestro tiempo, como el uso más eficiente de la energía solar, y nuevas formas de purificación o desalinización de agua.

Investigadores perteneciente al Binnig y Rohrer Centro de Nanotecnología de IBM en Zurich (Suiza) han logrado desarrollar el primer transistor en cuya fabricacion se ha empleado grafeno, destinado al desarrollo de dispositivos inalámbricos. En un artículo publicado ayer en la revista Science, investigadores de IBM anunció el primer semiconductor de grafeno integrado en una oblea de silicio a escala nanotecnologicata, soportando una frecuencia de funcionamiento de hasta 10 gigahertz (10 mil millones de ciclos por segundo). y temperaturas proximas a los 125 ºC, cifras muy por encima de las presentadas por el mismo equipo en Diciembre de 2.010. cuando IBM anunció que ha descubierto una nueva forma de crear chips integrando en la misma pieza de silicio equipos ópticos y eléctricos, lo que permite a los chips comunicarse usando pulsos de luz en lugar de señales eléctricas.

Diseñado pensando en las comunicaciones inalámbricas, este grafeno basados en circuitos integrados analógicos podrían mejorar los dispositivos inalámbricos de hoy y apunta a la posibilidad de un nuevo conjunto de aplicaciones. En las frecuencias convencionales de hoy en día, las señales de teléfono celular y el transceptor se puede mejorar, permitiendo potencialmente a los teléfonos para trabajar donde no pueden hoy en día, mientras que, a frecuencias mucho más altas, los militares y el personal médico pudo ver armas ocultas o la conducta de imágenes médicas sin los peligros de la radiación misma rayos-X.

El grafeno, es el material electrónico más delgado, consiste en una sola capa de átomos de carbono embalado en una estructura de nido de abeja, posee excelentes propiedades eléctricas, ópticas, mecánicas y térmicas que podrían hacer que sea menos costoso y precise menos consumo de energía dentro de dispositivos electrónicos portátiles como los teléfonos inteligentes.

A pesar de importantes avances científicos en la comprensión de este nuevo material y la demostración de los dispositivos de alto rendimiento basados en el grafeno, el desafío de los transistores de grafeno es integrarse con otros componentes en un solo chip, debido principalmente a una mala adherencia de grafeno con metales y óxidos y la falta de sistemas de fabricación fiable para producir dispositivos y circuitos reproducibles.

Este nuevo circuito integrado, que consiste en un transistor de grafeno y un par de bobinas compacta integrada en una oblea de carburo de silicio (SiC), superan los obstáculos de diseño mediante el desarrollo de procedimientos de fabricación de obleas a escala nano, que mantienen la calidad del grafeno y, al mismo tiempo, permiten su integración con otros componentes en un circuito complejo.

¿Cómo funciona?

El grafeno es sintetizada por tratamiento térmico de las obleas de carburo de silicio para formar capas de grafeno uniforme en la superficie de carburo de silicio. La fabricación de los circuitos de grafeno consta de cuatro capas de metal y dos capas de óxido que forman parte de lo transistores de grafeno, inducidos en chip y las interconexiones.

El circuito funciona como un alternador de frecuencia de banda ancha, que produce señales de salida con frecuencias mixtas (suma y la diferencia) de las señales de entrada. Los alternadores son componentes fundamentales de muchos sistemas de comunicación electrónica. Frecuencia de muestreo de hasta 10 GHz y la estabilidad termal excelente de hasta 125 ° C se ha demostrado con el circuito integrado de grafeno.

El esquema de fabricación desarrollados también se puede aplicar a otros tipos de grafeno, incluidos los vapores químicos depositados (ECV) películas de grafeno sintetizado en las películas de metal, y también son compatibles con la litografía óptica para reducir el coste y aumentar el rendimiento.

El equipo liderado por Ali Reza Ranjbartoreh perteneciente a la Universidad Tecnologica de Australia, ha presentado un innovador material desarrollado a base de laminas de grafito a escala de un átomo prensadas. El resultado son laminas del grosor del papel de grafeno, este material presenta entre sus propiedades muestra un grado de resistencia en relación al acero dos veces superior. Debido a esta combinacion de flexibilidad y resistencia, ofrece un increíble potencial para su aplicacion en industrias como, automotriz, aviación, industria eléctrica y óptica.

Estas nanoestructuras de grafeno consisten en monocapas de celosías hexagonales de carbono que se colocan en estructuras laminares perfectamente organizadas, que les confieren excelentes propiedades térmicas, eléctricas y mecánicas. El papel de grafeno es un material que puede ser procesado, remodelado y reformado desde su estado original en forma de materias primas - grafito. Investigadores de la UTS han elaborado con éxito el grafito mediante la purificación y filtrado con ayuda de productos químicos, obteniendo configuraciones nanoestructurados que luego son procesados en hojas tan finas como el papel.

El uso de un método de síntesis y de tratamiento térmico, los investigadores consiguieron producir un material que presentaba una extraordinaria flexibilidad, lo que le confiere la capacidad de adaptarse a múltiples procesos industriales. En comparación con el acero, el papel de grafeno es seis veces más ligero, presenta de cinco a seis veces menor densidad, como ya hemos citado dos veces más resistente que el acero, siendo 10 veces mayor resistente a la tracción mecánica.

No sólo es más ligero, más resistente y más flexible que el acero también es un producto manufacturable reciclable y sostenible que es respetuoso con el medio ambiente y por lo tanto rentable economicamente en su proceso de tratamiento. Los resultados prometen grandes beneficios para la aplicaciones de papel grafeno en la industria del automóvil y la aviación, lo que permite el desarrollo de automóviles más ligeros y seguros, y aviones que utilizan menos combustible, generan menos contaminación, son más rentables y más sostenibles ecológicamente.

Este avance ya tiene pretendientes como Boeing, que ya esta ensamblando modelos de avión, que ya ha comenzado a sustituir a los metales con fibras de carbono y los materiales basados en carbono, y el papel de grafeno con sus propiedades mecánicas incomparable sería el siguiente material para que puedan explorar.

Ya conocemos la increíble capacidad que posee el grafeno como semiconductor, lo que le convierte en un candidato perfecto para sustituir a las baterías mas avanzadas actualmente en el mercado, todo apunta que serán las baterías que acabaran con la era de los combustibles fosiles debido a la enorme velocidad con la que cargan las pilas eléctricas. Aparte de sustituir a los chips de silicio en aplicaciones informáticas por lo que los ordenadores procesaran información nunca vistas hasta ahora, precisando el mínimo espacio para su funcionamiento.

El siguiente capitulo de esta apasionante historia iniciada por el físico Konstantin Novoselov cuando dejandose llevar por su intuición describió un método por el que consiguió aislar laminas grafíticas de un sólo atómo de espesor, lo han redactado el profesor ingeniería mecánica William King y el profesor de ingeniería eléctrica e informática Eric Pop, ambos pertenecientes a la Universidad de Illinois (Estados Unidos), que acaban de publicar en Nature Nanotechnology. los resultados de una investigación en la han conseguido desarrollar nano transistores de grafeno con efecto enfriamiento, por lo que se reduce de forma considerable la necesidad de energía destinada a reducir la temperatura de los transistores.

La velocidad y el tamaño de los chips en informática están limitados por la cantidad de calor que disipan. En cualquier proceso electrónico se disipa calor como resultado de la colisión de los electrones que hacen funcionar al dispositivo, un fenómeno conocido como calentamiento resistivo. Este calentamiento es mayor que otros efectos termoeléctricos de menor entidad que localmente pueden enfriar un dispositivo. Los ordenadores con chips de silicio utilizan ventiladores o el agua que fluye para enfriar los transistores, un proceso que consume gran parte de la energía necesaria para accionar un dispositivo.

los futuros chips informáticos hechos de grafeno - hojas de carbono 1 átomo de espesor - podría ser más rápido que los chips de silicio y funcionan a una energía más baja. Sin embargo, un conocimiento profundo de la generación y distribución de calor en los dispositivos de grafeno ha eludido a los investigadores debido a las reducidas dimensiones involucradas.

Los investigadores utilizaron una punta de microscopio de fuerza atómica como una sonda de temperatura para las mediciones de temperatura, el primero a escala nanométrica de un transistor de grafeno. Las mediciones revelan sorprendentes fenómenos de temperatura en los puntos donde los contactos de los transistores de grafeno producían la conexiones. Observando que los efectos de refrigeración termoeléctrica podía ser más eficiente en los contactos de grafeno que en la calefacción de resistencia, reduciendo la temperatura del transistor.

Este efecto de auto-enfriamiento significa que la electrónica basada en el grafeno podría requerir menor cantidad de refrigeración, obteniendo una mayor eficiencia energética y aumentar el atractivo del grafeno como un reemplazo natural del silicio.

Desde que se descubrió el potencial del hidrogeno como fuente de energía muchas investigaciones han demostrado su viabilidad debido a sus cualidades innatas para generar grandes cantidades de energía limpias, debido a que el hidrógeno es el elemento más ligero, más básico y más ubicuo del universo.

Cuando se pueda utilizar como fuente de energía, se garantizará un suministro de energía limpia, barata e inagotable. Otra de sus virtudes es que como en su composición contiene un solo átomo de carbono, no emite dióxido de carbono. Esto la convierte como energia en la candidata idónea que sustituya como una fuente inagotable de energía de origen limpio a las existentes en la actualidad, la mayoría de origen fósil y por lo tanto altamente contaminante.

CONSTRUIDA EN GRAFENO LA TORRE OBTIENE LA ENERGÍA DE LAS BORRASCAS Y TORMENTAS

Su aplicacion mas conocida es como tecnología en la fabricacion de pilas de hidrógeno en la industria automovilistica. Pero también existen otros sectores que están buscando formulas con el hidrógeno como elemento principal para explotarlo energeticamente. Este es el caso del rascacielos Hydra Skyscraper un proyecto presentado por un estudio multidisciplinar serbio formado por Milos Vlastic, Vuk Djordjevic, Ana Lazovic, Milica Stankovic, a la ultima edición de los premios de arquitectura Evolo, al que se le ha sido reconocido con una mención honorable.

Cuando el aparato eléctrico producido por los rayos impactan en la aguja de la que corona el rascacielos, la estructura de grafeno conduce por canales de electricidad hasta las baterías. Esta energía se utiliza para dividir el agua en hidrógeno mediante electrólisis. La forma de la torre de torsión se inspiró en la Hidra, un animal de agua dulce.

Este prototipo está diseñando obedeciendo a los factores de riesgo que amenazaran a la humanidad durante la próxima década debido la "crisis climática". Los expertos establecen la fecha límite en 2050 como punto de no retorno en términos climaticos. Desde principios del siglo XXI hasta 2021, la temperatura media de la superficie de la Tierra se estima que aumentara entre 0,93 ± 0,07'C.

Aumentando en 0,13 grados a 0,25 grados cada 10 años. Debido al aumento de la temperatura, la aldea mundial se enfrenta actualmente a diversos desastres naturales y problemas ambientales. No obstante la amenaza más acuciante es la sequía que produce el calentamiento climático debido a la explotación de energía de origen fosil.

Se trata de un edificio construido a partir de un material compuesto de grafeno que debido a su alta conductividad térmica y eléctrica, además de su gran resistencia superando en doscientas veces al acero, pretende captar la energía que se produce durante las tormentas eléctricas y almacenar esta energía producida en mega-baterías ubicadas en la base del edificio. El proyecto también incluye un centro de investigacion, viviendas y zonas de recreo para los científicos y sus familias.

Tras la concesion del premio Nobel a los investigadores que descubrieron el potencial que poseia un material como el grafeno como semiconductor de electricidad, derivado del grafito los investigadores descubrieron que si este mineral se laminaba a escala manométrica adquiriendo una forma bisimensional, poseía propiedades electrónicas y mecánicas excepcionales muy distintas de las del grafito, las que de conseguir aplicarse en términos industriales para la fabricacion en baterías de nueva generación denominados «supercondensadores» capaces de proporcionar energía miles de veces más rápido que las baterías comunes, permitiendo así aplicaciones nuevas como los coches eléctricos.

Este gran descubrimiento sin embargo suscito algunas dudas entre la comunidad científica, la mas obvia es la de si laminando otros minerales a escala manométrica de un átomo de grosor, se obtendrián resultados similares, esta pregunta acaba de tener respuesta en los resultados presentados por investigadores, que pertenecen al CRANN («Centro de Investigación sobre Nanoestructuras y Nanodispositivos Adaptativos») del Trinity College de Dublín (Irlanda) y a la Universidad de Oxford (Reino Unido), que han conseguido separar materiales laminados a escala manométrica a partir de diversos materiales.

Con estas láminas han creado una serie de nanomateriales bidimensionales novedosos que poseen propiedades químicas y electrónicas que podrían dar lugar a nuevas tecnologías electrónicas y de almacenamiento de energía. La diferencia respecto a otros estudios precedentes es que en esta ocasión es que debido al método empleado en el proceso de laminacion de minerales, para la obtención de materiales laminados de grosor atómico, se precisa mucha menos cantidad, con apenas un miligramo de mineral se obtienen billones de laminas, pudiéndose recurrir a una amplia gama minerales, con lo que se consigue reducir gastos.

estos nuevos materiales son aptos para su uso en baterías de nueva generación denominados «supercondensadores» capaces de proporcionar energía miles de veces más rápido que las baterías comunes, permitiendo así aplicaciones nuevas como los coches eléctricos. Muchos de estos materiales laminados de grosor atómico poseen gran resistencia y pueden añadirse a plásticos para obtener compuestos superresistentes.

Una de las múltiples aplicaciones posibles de estas nuevas láminas nanométricas, quizá la más importante, es su uso como materiales termoeléctricos», y añadió que «estos materiales, si se incorporan en la fabricación de dispositivos, son capaces de generar electricidad a partir de calor residual», como por ejemplo en el caso de las centrales térmicas de gas casi la mitad de la energía es calor residual que se pierde, si se incorporaran sistemas de eficiencia termoeléctrica permitiría que esa energía residual se aprovechara reciclandose de forma sostenible y económica.

En el ultimo documental producido Gentle Machines para el Movimiento Zeitgeist, ha sido dirigido como en las dos secuelas precedentes por Peter Joseph confundador junto al arquitecto visionario, ingeniero y activista Jacque Fresco, de esta iniciativa ciudadana de carácter global que propone una transformación del modelo social mediante la enseñanza de valores basados en el conocimiento científico, la ecología, el desarrollo emocional del individuo, la conciencia espiritual y la optimizacion de los recursos naturales de forma sostenible.

Titulado Zeitgeist: Moving Forward, se estreno oficialmente el 15 de Enero en mas de sesenta países simultaneamente, la cinta con una duración de mas de dos horas y media continua las senda marcada por las dos entregas precedentes. Tras una breve introducción, se suceden tras el enunciado correspondiente las manifestaciones y opiniones de personalidades del mundo científico principalmente, poniendonos en antecedentes sobre los diferentes temas que trata el film.

En el transcurso de la película al expectador tiene la oportunidad de reflexionar sobre los diferentes escenarios que se pueden generar, dependiendo de las decisiones que tomemos en relación a la capacidad que tenemos como seremos humanos para adquirir conocimientos y aplicarlos en beneficio de la humanidad. En lo que pretende ser un toque de atención contra el deterioro del tejido tanto social como económico, debido al sistema de valores que esquilma recursos y convierte este mundo en insostenible. Rodado en ingles, cuenta con soporte para poderse ver con subtítulos en múltiples idiomas.

¿Cual es el potencial del grafeno como material que sustituya al silicio,? eso es lo que diferentes iniciativas empresariales tratan de determinar mediante cuantiosas inversiones de activos económicos en investigación. A raíz de la concesión del premio Nobel de Física 2.010 a los dos investigadores Rusos, Andre Geim y Konstantin Novoselov, que lo sintetizaron por primera vez, las iniciativas se ha disparado, una de las que esta mejor posicionadas es la que representa la alianza entre la empresa con sede San Sebastian Graphenea y el Centro de Investigación en Nanotecnología de San Sebastián (CIC nanoGune).

Empleando una técnica conocida como deposición química, un proceso químico por el que se obtiene un determinado material, en este caso el propósito es sintetizar obleas de grafeno a partir de exponer grafito a un precursor volátil a una elevada temperatura (Por ejemplo si queremos obtener una película metal puro utilizaremos Argon), en este caso han empleado Metano, con la finalidad de obtener laminas de grafeno mas puro, resistente y aumentar su capacidad como conductor de energia.

De esta forma se conseguirían optimizar recursos, produciendo mas cantidad en forma de obleas de grafeno y por lo tanto reducir su coste de fabricacion que en la actualidad dista de ofrecer un precio competitivo estando su cotizacion muy por encima del Silicio, su alternativa natural.

Las primeras muestras obtenidas son de una calidad extraordinaria, debido a estos resultados los responsables de Graphenea, han suscrito un acuerdo para a finales de este año un fondo de capital riesgo entre a formar parte de la compañía, dotándola de los recursos económicos necesarios para proseguir sus investigaciones, si los plazos se cumplen en menos de una década los productos fabricados con grafeno ya tendrían que formar parte de nuestra vida cotidiana.