dimarts, 20 de setembre de 2011

Nous materials per un futur tecnològic: Grafeno i siliceno

Materials del futur!

Avui m'han parlat d'un material que pot ser un gran revulsiu tecnològic i per això m'agradaria compartir amb els amics del blog aquest avanç científic. A mi m'ha sorprès molt les possibilitats que té i crec que molta gent també es sorprendrà. Tot i així, ja li estan buscant un substitut, el siliceno.


Bé, doncs estem en un punt on la tecnologia i la ciència ha estat donant grans salts i avanços que en tot tipus d'àmbit (Sigui en la medicina, medi ambient, tecnologia, luxe, etc.) i és així si com ara tenim diversos materials tals com el grafeno i el siliceno.



GRAFENO VS SILICENO
Per comprendre millor que tracta cadascun i els seus beneficis.

.-.-.-.-.-Grafeno.-.-.-.-.



El grafeno ha estat catalogat com el material miraculós del segle XXI





Principals usos del grafeno en la indústria



El grafeno és un material completament nou, no només és el material més prim mai obtingut sinó també el més fort. El Grafeno condueix l'electricitat tan ben com el coure i com a conductor de calor supera a tots els materials coneguts, va assenyalar l'Acadèmia. A més, és gairebé completament transparent i és tan dens, que ni tan sols l'heli, l'àtom de gas més petit, el pot travessar.
Entre les propietats més destacades d'aquest material s'inclouen:
-Alta conductivitat tèrmica i elèctrica.
-Semiconductor.
-Alta elasticitat i duresa.
-Resistència (el material més resistent del món).
-El grafeno pot reaccionar químicament amb altres substàncies per formar compostos amb diferents propietats, la qual cosa dota a aquest material de gran potencial de desenvolupament.
-Suporta la radiació ionitzant.
-És molt lleuger, com la fibra de carboni, però més flexible.
-Menor efecte Joule, s'escalfa menys en conduir els electrons.
-Consumeix menys electricitat per a una mateixa tasca que el silici.
Gràcies a les seves propietats el grafeno es convertirà en un producte amb múltiples aplicacions que generarà incomptables beneficis per a la societat. Entre els principals usos que se li donarà ús al grafeno en la indústria estan:


Blindatge


Perquè puguem fer-nos una idea de la duresa del grafeno, Jaffrey Kysar i James Hone, van proposar una curiosa analogia. Va comparar les proves realitzades pel seu equip amb posar una coberta de plàstic sobre una tassa de cafè i mesurar la força que requeriria punxar aquesta coberta amb un llapis. Doncs bé, segons va explicar Hone, si en lloc de plàstic el que es posés sobre la tassa de cafè fos una làmina de grafeno, després situéssim damunt un llapis, i a la part alta d'aquest col·loquéssim un automòbil que es sostingués en equilibri sobre ell, la làmina de grafeno ni s'immutaria. Es pot dir, sens dubte, que el grafeno és el material més dur del món.






Informàtica
La indústria de semiconductors un dels camps on el material sembla ser més prometedor, que té la intenció de construir ordinadors molt més ràpids que els actuals mitjançant el desenvolupament de microprocessadors amb transistors de grafeno, no cap de goig amb els resultats de les investigacions que s'estan fent amb el grafeno. Precisament un dels principals impediments en la construcció de microprocessadors és la pressió segons explica Julia Greer, investigadora de l'Institut Tecnològic de Califòrnia (Caltech), i els materials usats per fabricar els transistors no només han de tenir excel·lents propietats elèctriques, sinó que també han de ser capaços de sobreviure a la tensió al fet que es veuen sotmesos durant el procés de fabricació i a l'escalfament generat per repetides operacions. El procés utilitzat per estampar connexions elèctriques metàl·liques en els microprocessadors, per exemple, exerceix una tensió que pot provocar la fallada dels xips.

Greer conclou que la calor és massa perquè els materials ho suportin. Però després de les proves realitzades sobre la resistència del grafeno, sembla quedar demostrat que aquest és capaç de suportar-ho.



L'espanyol Tomás Palacios, professor del MIT, ha aconseguit fabricar transistors de grafeno 10 vegades més ràpids que els de silici. Els xips del revolucionari material, d'un àtom d'espessor, podrien aconseguir velocitats d'1.000 GHz. Això demostra el prop que està de desbancar a l'element clàssic de l'era de la informació.

També es crearan discos durs de la mateixa grandària dels d'avui dia, però capaços d'emmagatzemar 1.000 vegades més informació. Científics del Leibniz Institute for Solid State and Materials Research en Dresden, Alemanya, acaben d'inventar una nova tècnica on és possible utilitzar l'estructura intrínseca del grafeno, per necessitar en l'ordre d'1.000 vegades menys àtoms per mantenir una estructura prou resistent com per aguantar els constants canvis electromagnètics requerits per escriure i llegir informació.

Electrònica
Una startup en Jessup, Maryland, espera poder llançar al mercat aquest any un dels primers productes basat en el grafeno. Vorbeck Materials està fabricant negres conductores basades en el grafeno i que poden ser utilitzades per imprimir antenes RFID (identificació per radiofreqüència, per les seves sigles en anglès) i contactes elèctrics per a pantalles flexibles. La companyia, que s'aprofita del baix cost de les tintes de grafeno, posseeix un acord amb el gegant de productes químics alemany BASF per llançar al mercat aquest producte en breu. Serà la prova definitiva que el grafeno és un material del present.
Aeronàutica
El Pentàgon ha assignat tres milions de dòlars a la Universitat de Princeton perquè desenvolupi diminutes fulles de grafeno que, afegides al combustible emprat en els motors dels avions supersònics, aconsegueixin una optimització en el seu funcionament i una reducció en el consum i la contaminació ambiental. Segons els científics, aquest desenvolupament pot il·luminar el naixement d'una nova era en els motors de combustió de les aeronaus. Els additius de combustible fabricats amb partícules minúscules de grafeno podrien aconseguir que els avions supersònics volin encara més ràpid i que els seus motors arribin a comptar amb millors condicions d'eficiència i protecció de la sostenibilitat ambiental.
Investigació

Et sona d'alguna cosa l'accelerador de partícules del CERN? El complex, que ocupa quilòmetres quadrats prop de Ginebra (Suïssa), serveix per explorar el món de l'infinitament petit per buscar els elements fonamentals de la matèria. Els físics estan tractant d'usar el grafeno per fabricar una espècie d'accelerador en miniatura. En un fragment de grafeno d'un únic centímetre quadrat és possible realitzar molts dels experiments que fins ara requerien laboratoris com el del CERN. Si es converteix en realitat, els científics podrien buscar el Bosó d'Higgs, una partícula elemental hipotètica, que encara no ha estat observada, i coneguda com la partícula Déu, en un laboratori que cap en el tou del dit.
Energia
Els investigadors veuen una àmplia varietat d'aplicacions per al paper d'òxid de grafeno, incloent el seu ús en membranes amb permeabilitat controlada, i per a les bateries o ultra condensadors destinats a usos en l'àmbit energètic. Aquests dispositius d'emmagatzematge d'energia podrien ajudar en emmagatzemar brots sobtats d'energia, per tant, suposaria una ajuda per aprofitar l'irregular subministrament per part de les fonts verdes.Això revolucionarà el concepte d'energia renovable i l'elevarà a unes cotes d'eficiència mai vistes.
 Com veiem, la promesa d'una nova era basada en el carboni (i no en el silici) s'apropa a marxes forçades. En un termini mitjà, ens podem veure inundats de dispositius, mecanismes i tecnologies basades en el grafeno, amb uns rendiments varis ordres de magnitud per sobre del que estem acostumats ara.

Un nou transistor de grafeno desenvolupat per IBM és capaç d'operar fins a una freqüència de 155GHz. El component és un 50% més ràpid que el seu predecessor i té una molt bona capacitat d'eliminar la calor del seu interior, per la qual cosa no necessita ser refrigerat per operar a aquesta velocitat. L'anterior és possible gràcies a les sorprenents característiques del grafeno, que com sabem en un sorprenent material que permet als electrons moure's pel seu interior a major velocitat que en el silici.


Els investigadors d'IBM han aconseguit construir un prototip capaç de superar la velocitat del seu predecessor en un 50%. El nou transistor de grafeno, dissenyat per Yu-ming Lin i Phaedon Avoris, pot realitzar 155 mil milions de cicles per segon, pràcticament sense produir calor. Aquesta velocitat està molt més allà del que poden si més no somiar amb aconseguir les seves contrapartes basades en silici, i algun dia podrien ser la base sobre la qual es construeixin microprocessadors 50 o 100 vegades més ràpids que els actuals.Yu-ming Lin ha dit quela present investigació ha demostrat que és possible produir transistors de baix cost i alt rendiment basats en el grafeno i utilitzant els processos estàndard de fabricació de semiconductors?, frase que permet especular amb que la producció de xips de grafeno a escala comercial podria estar més prop del que sembla. S'estima que un de les primeres aplicacions que tindran aquests components serà el procés de senyals analògics d'alta freqüència, tasca pel que són especialment aptes.
Segons les paraules de William King: En el silici i la major part de materials coneguts, l'escalfament elèctric és molt major que la capacitat de dissipar aquesta calor. No obstant això, hem descobert que hi ha zones en els transistors de grafeno en les quals el refredament termoelèctric és superior a l'acumulació de calor, la qual cosa permetria, en teoria, dissenyar dispositius que s'autoenfriasen sense ajuda externa. És la primera vegada que s'observa aquesta qualitat en els dispositius de grafeno.




Els usos del grafeno podrien abastar fins a la digitalització de coses com a embolcalls de patates fregides o roba, una vegada s'estableixi la tecnologia. En el futur podria haver-hi targetes de crèdit amb la mateixa potència processadora que un telèfon intel·ligent i noves aplicacions en electrònica transparent i flexible. Més enllà del potencial digital, una pols feta de grafeno podria ser afegit als pneumàtics dels vehicles per fer-los més resistents.
Velocitat Il·limitada

El gegant electrònic Samsung -en associació amb la Universitat de Sungkyunkwan, Corea del Sud- ha estat una de les empreses que més ha invertit en investigació. Ja va presentar una pantalla tàctil de 25 polzades flexible. Altres empreses electròniques, com a IBM i Nokia, també estan dedicades a investigar usos potencials. IBM va crear un transistor de 150 gigahercios (GHz). El més ràpid dispositiu de silici que se li pugui comparar té una velocitat d'uns 40GHz.
Com s'apaga??
El que ha estat reportat com potencial, en aquest moment, sembla ser exactament això, amb pocs exemples de la seva efectivitat al món real del grafeno reemplaçant altres compostos.
Això significa que el grafeno no pot parar de conduir electricitat, no es pot apagar. El silici,sí. Així que les aplicacions per a tots dos materials serien diferents. Encara els més respectats acadèmics pensen que el reemplaçament del silici està molt lluny encara. És un somni?, diu el doctor Geim. La possibilitat està tan lluny en l'horitzó que no podem avaluar-la de manera apropiada.

Sense violar les lleis
El problema que els científics enfronten amb aquestes propietats miraculosesés que només han estat demostrades a una escala minúscula. És possible que els tipus de tenacitat que alguns descriuen pugui només ser aplicats a mostres microscòpiques, va manifestar el doctor Lin d'IBM. Així que, mentre pot ser veritat que a un nivell local és més tenaç que l'acer, hem de ser cautelosos amb aquestes afirmacions.

A més els investigadors han aconseguit que el dispositiu tingui una grandària molt compacta alguna cosa així com unes 25 micres, per la qual cosa aquest podria portar a altres aplicacions, com per exemple utilitzar-ho per crear xips òptics que utilitzin la llum en lloc de l'electricitat per transmetre informació. El dispositiu és tan petit que els científics afirmen que el grafit usat en un llapis és l'equivalent a mil milions de moduladors de grafeno com els que han ideat.

Creen noves bateries sobre la base del grafeno que no s'escalfen i són mes duradores

.-.-.-.-.-Siliceno.-.-.-.-.




Un grup de físics ha aconseguit crear una làmina de silici d'espessor atòmic, de forma similar a les làmines de grafeno creades amb carboni.

Fins ara es pensava que el desenvolupament de la microelectrònica se sustentaria en el grafeno, una estructura de forma laminar plana (amb un àtom de grossor) i que està composta per àtoms de carboni densament empaquetats en una xarxa cristal·lina formant una espècie de panal d'abella. El material, no obstant això, podria ser reemplaçat ja pel siliceno, creat per un grup de físics que han aconseguit desenvolupar una làmina de silici d'espessor atòmic i que tindria les mateixes propietats de les làmines de grafeno creades a partir de carboni.

El silici comparteix moltes propietats amb el carboni, situat just al seu costat en la taula periòdica, ja el 2007, investigadors van plantejar la possibilitat d'utilitzar silici per formar làmines de forma similar al grafeno, encara que el silici no posseeixi de forma natural el tipus d'enllaços necessaris per a això. Els investigadors destaquen la facilitat d'integració del siliceno en la indústria electrònica, a causa que l'ús del silici està molt estudiat i estès.
Antoine Florence, investigador del Japan Advanced Institute of Science and Technology en Ishikawa, va aconseguir fer créixer una làmina amb àtoms de silici sobre una superfície ceràmica.
Segons les noves dades presentat per li Lay, a l'últim congrés de l'American Physical Society, el silici i el grafeno no solament posseeixen estructures similars, sinó que també comparteixen propietats electròniques. Mitjançant tècniques espectroscòpiques s'ha pogut demostrar com el siliceno conté una estructura de bandes electronica com la qual permet als electrons moure's rapidamente a través del grafeno. Malgrat les similars propietats del siliceno i el grafeno, la facilitat amb la qual s'obté aquest últim, farà que la batalla del siliceno per fer-se un buit al món de la nanotecnologia sigui molt dura, almenys durant els propers anys.
Minerals de sang

La indústria de l'electrònica cerca nous materials no solament per l'afany d'innovar, també obligats pel dany que fan al medi ambient o per l'explotació humana que causa l'actual extracció minera. És el cas dels anomenats minerals de sang.

Apple i Intel, pressionats pels activistes -i una legislació en marxa en contra seva-, han decidit no seguir utilitzant els minerals de sang en la fabricació dels seus telèfons mòbils i ordinadors portàtils. A partir dels propers mesos no portaran or ni coltán ni tungstè ni tantali ni estany.

Aquests minerals provenen principalment del Congo, on la seva extracció es realitza en condicions infrahumanes, amb l'explotació dels miners. A més, finança les guerres tribals d'aquella zona. Una raó més per passar-se al grafeno o al siliceno: salvar vides.

Com poden notar fins ara s'ha fet majors estudis amb el Grafeno pel que notícies del Siliceno hi haurà més. El nostre futur es veu pròsper de gadgets ultra-ràpids i compactes.