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Ferroeléctricos elaborados en substrato plástico
Memorias ferroeléctricas, matrices de captación de energía, sensores, actuadores, pronto podrían ser fabricados en materiales plásticos, de acuerdo con los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia, que ha demostrado recientemente un nuevo proceso de baja temperatura utilizando un microscopio de fuerza atómica (AFM).
Utilizando un proceso denominado nanolitografía termoquímica, un equipo dirigido por el profesor de Georgia Tech NazaninBassiri-Gharb ha descubierto un proceso de baja temperatura para el depósito de los materiales ferroeléctricos en substratos de plástico. El grupo, que también incluye al becario postdoctoral Suenne Kim, la profesora Elisa Riedo, y graduado asistente Yaser Bastani, han demostrado recientemente que las estructuras ferroeléctricas a nanoescala se podrían utilizar para los dispositivos ferroeléctricos fabricados en polímeros baratos.
Usando la punta caliente de un AFM, el grupo fabricño estructuras ferroeléctricas adecuadas para los dispositivos semiconductores, o MEMS, como sensores y actuadores, incluyendo cables de sólo 30 nanómetros de ancho y esferas tan sólo 10 nm de diámetro. Para las memorias ferroeléctricas, el grupo estima que densidades de hasta 200 gigabytes por pulgada cuadrada (una pulgada equivale a 2.54 cm) pueden ser fabricadas con el proceso.
La investigación fue realizada en colaboración con la Universidad de Illinois(Urbana-Champaign) y la Universidad de Nebraska (Lincoln). La financiación fue proporcionada por la National Science Foundation y el Departamento de Energía de EE.UU..
Luz obtenida del vacío soporta la mecánica cuántica
El principio de la mecánica cuántica que dice que en el vacío no está vacío el espacio, sino lleno de partículas que fluctúan dentro y fuera de su existencia, se ha observado por primera vez en forma de fotones que se alentaban a salir de este estado virtual y ser capturados como la luz medible .
El principio, de 40 años de edad, conocido como el efecto Casimir dinámico (DCE), afirma que si se permite que los fotones virtuales reboten en un espejo que se mueva a velocidades cercanas a la luz, se convierten en fotones reales. Científicos de la Universidad Tecnológica de Chalmers han logrado este efecto – con algunas modificaciones en el método. En lugar de variar la distancia física a un espejo, los científicos alteraron la distancia eléctrica a un circuito eléctrico que actúa como un espejo para microondas.
El «espejo» consiste en un componente de electrónica cuántica llamado SQUID (dispositivo superconductor de interferencia cuántica), que es extremadamente sensible a los campos magnéticos. Al cambiar la dirección del campo magnético varios billones de veces por segundo, los científicos hicieron al espejo vibrar a una velocidad de hasta el 25 por ciento de la velocidad de la luz. Mediante la transferencia de parte de su energía cinética a los fotones virtuales, el espejo les ayuda a materializarse.
Esto dio lugar a fotones que aparecen como pares dentro del vacío, y los pares se midieron en forma de radiación de microondas. Los científicos fueron capaces de establecer que la radiación tenía las mismas propiedades que predice la teoría cuántica para los fotones que se presentan en pares de esta manera. Los fotones aparecieron debido a que como carecen de masa requieren muy poca energía para ser excitados de su estado virtual. Esta observación también podría, en principio, crear otras partículas del vacío, incluyendo protones y electrones, pero requeriría más energía para hacerlo.
Mientras que los científicos piensan que los fotones pueden ser de utilidad para la información cuántica y el desarrollo de ordenadores cuánticos, el principal valor de la experiencia es que aumenta su comprensión de los conceptos físicos básicos, tales como las fluctuaciones del vacío. Estas fluctuaciones, dijeron, puede tener una conexión con la energía oscura, que impulsa la expansión acelerada del universo.
«Detrás del propio DCE, está una de las primeras demostraciones experimentales de la dinámica del campo electromagnético no adiabático (muy rápido), que es un campo potencialmente más amplio y general, lo que podría encontrar algunas aplicaciones», dijo Christopher Wilson, un científico de Chalmers .
«Los efectos de DCE y relacionados también son relevantes para la comprensión de algunos de los efectos en la cosmología de los inicios del universo, los agujeros negros, etc. Esto podría señalar el camino para algunos de los experimentos que pueden simular estos sistemas más exóticos. »
El trabajo apareció en la revista Nature
Por qué los robots no sustituirán a los seres humanos en la exploración del Sistema Solar
Una de las polémicas más estériles e inútiles relativas a la conquista del espacio es la que enfrenta la exploración automática con la tripulada. Estéril, porque ambos tipos de exploración son necesarios y complementarios; e inútil, porque este tipo de discusiones lo único que logra es dividir a la comunidad científica ante la clase política, que es la que reparte el pastel económico, con consecuencias más que previsibles. Está claro que resulta mucho más barato y seguro mandar sondas espaciales a la mayor parte de rincones del Sistema Solar, pero también es cierto que la exploración tripulada de ciertos mundos puede ser mucho más enriquecedora.
Los dos tópicos que se usan para criticar a las misiones tripuladas es que son demasiado caras y poco eficientes. El ser humano no tiene nada que hacer frente a los precisos y económicos robots. Al fin y al cabo, no somos más que sanguinolientos sacos de órganos que derrochan energía y que se mueven por ahí en enormes naves con complejos sistemas de soporte vital. Y por si fuera poco, las misiones tripuladas son de ida y vuelta, aumentando de forma exponencial la masa y el coste requeridos. Sin duda, un argumento muy lógico…pero que no se corresponde con la realidad. Intentemos desmontar este mito.
El programa Apolo de la NASA constituye hasta la fecha el único ejemplo exitoso de exploración tripulada de otro cuerpo del Sistema Solar. ¿Cómo fue de eficiente si lo comparamos con las sondas no tripuladas? El concepto de «eficiencia» es altamente subjetivo, pero no dentro de la comunidad científica. Para los científicos, el único baremo posible -qué digo, el dios de los baremos- es el número de veces que un paper aparece citado en revistas de revisión por pares. Y en este caso, los papers del programa Apolo salen claramente ganadores si los comparamos con el número de citas de los artículos referidos a las tres sondas automáticas soviéticas que trajeron muestras lunares a la Tierra (Luna 16, Luna 20 y Luna 24) o los correspondientes los resultados de los dos vehículos Lunojod que recorrieron la superficie lunar. «Claro, pero es una comparación tramposa, porque esas viejas sondas soviéticas no eran muy avanzadas», podría pensar más de uno. Puede ser, pero el Apolo sigue ganando en número de citas cuando lo comparamos con los artículos escritos a partir de los datos de dos sondas mucho más modernas y complejas como son los rovers marcianos MER (Spirit y Opportunity) de la NASA. La ventaja es aún mayor si dividimos el número total de publicaciones entre los días que duraron las respectivas misiones mientras exploraban un determinado lugar de la Luna o Marte.
Artículo completo en: EUREKA
Teoría del todo de Garrett Lisi
¿Podría existir una relación elegante entre todas las partículas y fuerzas en eluniverso? De acuerdo a muchos físicos, todos los fenómenos físicos siguen un patrón matemático. Si son capaces de estar unidos, nos daría un modelo estéticamente agradable que ilustraría cómo funciona nuestro universo.Ahora, una nueva animación producida por el físico y practicante de surf Garrett Lisi propone una interpretación geométrica de la difícil teoría del todo. Éste une todas las fuerzas fundamentales de la naturaleza cuatro, mientras que el modelo estándar no es capaz de incorporar la gravedad.El modelo de Lisi está basado en un complejo modelo matemático de ocho dimensiones llamado E8, que contiene 248 puntos dispuestos en una estructura simétrica. Se las arregla para adaptarse a las 40 partículas y fuerzas conocidas en estos puntos, rellenando los huecos con otras 20 partículas hipotéticas.
Al girar el patrón con el uso de simulaciones por ordenador, Lisi fue capaz de proyectar en dos dimensiones para crear la animación. Se muestra cómo las estructuras del modelo estándar y la gravedad están incrustados en E8. Comenzando con la disposición completa de las partículas en la estructura E8, la animación cambia entonces para formar patrones correspondientes a diferentes fuerzas, donde cada nueva geometría representa cómo las partículaspueden interactuar girando una alrededor de la otra. El video termina volviendo a la original configuración del E8. (Una leyenda que identifique las partículas se puede encontrar aquí).
La animación es una actualización de la teoría E8 que dio a conocer en 2007. Desde entonces, Lisi ha producido también un explorador interactivo de partículas elementales, que muestra las cargas de todas las partículas conocidas y les permite girar en el espacio de carga.
Para obtener más información sobre alternativas al modelo estándar, inventó partículas que podrían ayudar a explicar algunos de los misterios del universo, lea el largometraje, «11 partículas para 11 puzzles de física«.
Si te ha gustado este vídeo, puede ver cómo el esquivo bosón de Higgs se relaciona con la supersimetría, o averiguar por qué Einstein rotó el tiempo.
Fuente: NewScientist
¿Cómo la física cuántica podría hacer ‘The Matrix’ más eficiente?
Las simulaciones cuánticas necesitan almacenar menos información para predecir el futuro que las simulaciones clásicas. El hallazgo se aplica a fenómenos descritos por procesos estocásticos.
Los investigadores han descubierto una nueva forma en la que las computadoras basadas en la física cuántica podrían superar el rendimiento de los ordenadores clásicos. El trabajo, realizado por investigadores con sede en Singapur y el Reino Unido, implica que una simulación de la realidad tipo Matrix, requiere menos memoria en una computadora cuántica que en un ordenador clásico. También alude a una forma de investigar si una teoría más profunda se encuentra por debajo de la teoría cuántica. El hallazgo se publicó el 27 de marzo en Nature Communications.
El hallazgo surge de la consideración fundamental de la cantidad de información que se necesita para predecir el futuro. Milla Gu, Elisabeth Rieper y Vedral Vlatko en el Centro de Quantum Technologies en la Univesidad Nacional de Singapur, con Karoline Wiesner de la Universidad de Bristol, Reino Unido, consideran la simulación de procesos de tipo «estocástico», donde hay varios resultados posibles a un determinado procedimiento, cada uno ocurre con una probabilidad calculable. Muchos de los fenómenos, desde los movimientos del mercado de valores a la difusión de los gases, se pueden modelar como procesos estocásticos.
Los detalles de cómo simular estos procesos dan lugar a una gran cantidad de investigadores ocupados. La cantidad mínima de información necesaria para simular un proceso estocástico dado es un tema importante de estudio en el campo de la teoría de la complejidad, que se conoce en la literatura científica como la complejidad estadística.
Los investigadores saben cómo calcular la cantidad de información transferida por sí en cualquier proceso estocástico. En teoría, esto establece la cantidad mínima de información necesaria para simular el proceso. En realidad, sin embargo, las simulaciones clásicas de los procesos estocásticos requieren más espacio de almacenamiento que esto.
Gu, Wiesner, Rieper y Vedral, quien también está afiliado a la Universidad de Oxford, Reino Unido, mostró que los simuladores cuánticos necesitan almacenar menos información que los simuladores clásicos óptimos. Eso es porque las simulaciones cuánticas pueden codificar la información acerca de las probabilidades en una «superposición», donde un bit cuántico de información puede representar más de un bit clásico.
Lo que sorprendió a los investigadores es que las simulaciones cuánticas todavía no son tan eficientes como podrían ser: todavía tienen que almacenar más información que el proceso parece necesitar. Eso sugiere que la teoría cuántica aún no puede ser optimizada. «Lo que es fascinante para nosotros es que todavía hay una brecha. Te hace pensar, tal vez esta es una manera de pensar acerca de una teoría más allá de la física cuántica», dice Vedral.
Fuente: «Quantum mechanics can reduce the complexity of classical models» Nature Communications, 3, 762 (2012).http://www.nature. … mms1761.html
Preprint en: arXiv:1102.1994 http://arxiv.org/abs/1102.1994
Células de biocombustible producen electricidad a partir de glucosa en la sangre
Los caracoles se han unido a ls creciente relación de animales cuyo propio metabolismo puede ser utilizado para generar electricidad. Siguiendo con implantes en langostas y ratas y, finalmente la sangre humana. El diseño de dispositivos que son mucho más eficientes energéticamente, o sólo necesita ocasionales estallidos de energía, aumentará la gama de aplicaciones. Esta tecnología tiene claras implicaciones transhumanas.
En cada uno de los moluscos, Katz y su equipo de la Universidad de Clarksonen Potsdam, Nueva York, han implantado células pequeñas de biocombustible que extraen la energía eléctrica a partir de la glucosa y el oxígeno en la sangre. Masticando principalmente las zanahorias, los caracoles cyborg viven alrededor de medio año y generan electricidad cuando sus electrodos implantados están conectados a un circuito externo.
Los caracoles de Katz, por ejemplo, produce hasta 7,45 microvatios, pero después de 45 minutos, la potencia había disminuido en un 80%. Para obtener energía continua, el equipo de Katz redujo la energía que se extrae a 0,16microvatios.
Scherson dice que piensa que va a ser capaz de obtener unos pocos cientos de microvatios de las cucarachas (la alimentación de las celdas de biocombustibles en la trehalosa, un azúcar diferente de la glucosa). Singhal reporta resultados similares para los escarabajos. Scherson, que está trabajando con una gran empresa para construir circuitos microelectrónicos para sus cucarachas, señala que la potencia no necesita ser generada de forma continua, puede ser almacenada en condensadores y liberada en pulsos, ya ha sido capaz de producir y detectar una radioseñal de cucarachas esta manera.
Hologramas 3D en colores
Una manzana roja con hojas de color verde que parece bastante real para coger en la mano, pero allí no hay nada para tocar. Esto es porque la manzana es un holograma, una imagen tridimensional proyectada mediante luz (fig. 1). En abril de 2011, el científico jefe de RIKEN Satoshi Kawata, el jefe del Laboratorio de Nanofotónica en el Instituto Avanzado de Ciencia en Wako, junto con su colega Miyu Ozaki, un científico visitante de la RIKEN, logró desarrollar un principio de la holografía distinto de los métodos convencionales que hace que sea posible reconstruir un objeto tridimensional a todo color. La clave de su éxito reside en la superposición de una capa delgada de plata en la que los plasmones -oscilaciones colectivas de electrones libres en un metal- estaban muy excitados. En los últimos años, la investigación sobre los plasmones de superficie se ha expandido rápidamente en un contexto de notables avances en la nanotecnología, ayudando a establecerse como un campo de la ingeniería. Además de los hologramas, Kawata también ha llevado a cabo investigaciones innovadoras sobre aplicaciones de plasmones de superficie en nanotecnología de lentes.
Hologramas a todo color
Hace siete años, durante una entrevista con RIKEN en febrero de 2005, Kawata citó, «lo que quiero hacer es dos cosas, una de las cuales es pionera de la nueva disciplina de la plasmónica.» Desde entonces, ha sido autor de varias publicaciones históricas de plasmónica , incluyendo un artículo que en coautoría con Miyu Ozaki, titulado «Holografía de plasmones de superficie con iluminación de luz blanca», que apareció en Science (abril 2011).
«En los últimos años, películas en tres dimensiones (3D) y televisores capaces de imágenes en 3D han ido ganando popularidad, pero las imágenes de los objetos que vemos son en su mayor parte, son nada más que pares de imágenes planas reconocidas como objetos en 3D por el cerebro debido al efecto de paralaje lateral, «Ozaki explica. «Mientras tanto, la holografía ha estado durante mucho tiempo disponible como una técnica clásica para la presentación de imágenes en 3D. Se puede haber visto una imagen estereoscópica de color rojo o azul que flota en el aire en un parque de diversiones o museo de la ciencia. Sin embargo, es difícil crear hologramas de color debido al principio detrás de la técnica. Hemos tenido éxito en el desarrollo de la holografía a todo color con un nuevo método. La manzana roja con hojas verdes que se muestra en la figura es un ejemplo», dice Ozaki. Los plasmones de superficie han permitido que Kawata y Ozaki lograran producir hologramas que son distintos de los convencionales.
Un holograma es como una fotografía que registra las ondas de luz dispersas de un objeto, y reconstruye el objeto en tres dimensiones cuando el objeto no está realmente presente. La imagen que podemos ver es el resultado de la luz capturada que ha chocado con y se han dispersado por el objeto. «Para la grabación, se utiliza un haz láser, que se divide en dos haces idénticos. Las luces del haz iluminan el objeto, y la luz reflejada por el objeto se aplica a un material sensible a la luz, tal como una película fotográfica. Al mismo tiempo, otra fuente de luz llamado haz de referencia se superpone sobre el material fotosensible, «explica Kawata. «Los dos rayos interfieren entre sí y producen un patrón de bandas claras y oscuras. Esta franja de interferencia contiene información de la luz difundida por el objeto, incluyendo información sobre la forma del objeto, que luego se graba en el material fotosensible u holograma. Para reconstruir el objeto en tres dimensiones, con luz ordinaria se ilumina el holograma pregrabado. La iluminación es difractada por la franja de interferencia pregrabada en el holograma para regenerar la onda de la luz dispersada por el objeto durante la grabación. Cuando vemos el holograma con iluminación, parece como si el objeto está realmente presente».
Para obtener una franja de interferencia exhaustiva, un láser que produzca ondas de luz con patrones uniformes cresta a cresta y valle a valle debe ser utilizado como el haz de referencia. El color de la luz difractada es influenciado por el haz de láser que se utiliza, por lo que la imagen reconstruida a través de un holograma convencional es del mismo color que el láser utilizado. Esta es la razón por la que la mayoría de los hologramas son monocromáticos. «Nuestro sistema recientemente desarrollado emplea rayos láser para grabar el holograma, pero no utiliza ningún rayos láser para el haz de iluminación que se requiere para la reconstrucción de la imagen. En su lugar, se utiliza un haz de luz blanca, que comprende una mezcla de diferentes longitudes de onda. Dado que los tres colores primarios de la luz, rojo, verde y azul (RGB) pueden ser extraídos de la luz blanca, las imágenes estereoscópicas se reconstruyen a partir de hologramas en las que los respectivos colores, y las tres imágenes estéreo se superponen para obtener una imagen combinada a todo color» afirma Kawata.
La extracción de los tres colores primarios de la luz blanca se logra utilizando resonancia de plasmones superficiales. «La clave para la extracción de RGB por separado de la luz blanca reside en la superposición de una película de plata fina sobre el material fotosensible. De este modo, polaritones plasmones de superficie (SPP) se excitan en la película fina», dice Ozaki.
Un metal contiene un gran número de electrones libres que oscilan juntos mientras que simultáneamente interactúan entre sí. Esta oscilación colectiva de electrones libres en un metal es lo que se llama un plasmón. Un plasmón está siempre acompañado por un campo de fotones o electromagnético. En las superficies del metal, plasmones y fotones se propagan a lo largo de la superficie, y a esta combinación se le llama polaritones plasmones de superficie (SPP). La figura 2 ilustra cómo funciona SPP. Cuando un haz de luz monocromática a una longitud de onda particular, se aplica a una película delgada de metal a través de un prisma, que se refleja totalmente en ángulos de incidencia entre el ángulo crítico (C) y 90 grados. Al mismo tiempo, existe poca luz cerca de la cara límite. La excitación resultante son ondas evanescentes SPP a lo largo de la superficie de la película delgada de metal. Por lo general, un SPP no es excitado por la luz que incide sobre la película de metal, con la única excepción de un ángulo de resonancia SPP. En un ángulo de resonancia, la energía de la luz incidente se transfiere a los SPP más que a la luz reflejada. Usamos el campo de luz evanescente asociado con SPP para iluminar un holograma.
La resonancia de plasmón superficial se ve en los parámetros dados de espesor de la película, el material, el ángulo de incidencia de la luz, y la longitud de onda de la luz. En el caso de la luz blanca, que es una mezcla de diferentes longitudes de onda, el ángulo de incidencia varía como una función de longitud de onda para RGB. «Hacemos el mejor uso de este mecanismo. Al cambiar el ángulo de incidencia con un valor que se adapte a RGB, podemos extraer rayos de luz en las tres R, G y B por separado los colores de la luz blanca misma «, dice Ozaki.
Una poderosa herramienta que mejorará la tecnología de las comunicaciones
Mientras que el diagrama del sistema de la figura. 2 comprende sólo dos componentes (un prisma y una película delgada de metal), el holograma desarrollado por Kawata y Ozaki (fig. 1) tiene tres capas. Estas capas forman parte de una fina película de material fotosensible, una película de plata delgada y película de sílice fina (SiO2), apiladas en un prisma de vidrio con ondulaciones que se corresponden con las franjas de interferencia para los tres colores R, G y B en los tres capas. Un holograma, no se produjo solamente por la película delgada sensible a la luz, sino por las tres capas como un conjunto. La película fina de plata, que sirve para facilitar la separación de colores, es de 55 nm de espesor, y las ondulaciones que emparejan las franjas de interferencia son de alrededor de 25 nm de altura. El espesor total de las tres capas es de varios cientos de nanómetros.
«Los tres ángulos de incidencia de la luz blanca (rojo, verde, azul) se han ajustado con antelación para permitir que la resonancia de plasmones superficiales se produzca para cada uno de los colores R, G y B», explica Ozaki. «Un haz de luz blanca aplicada en tres direcciones, como se muestra en la fig. 1, excita los SPP en cada color, y los campos electromagnéticos resultantes son holográficamente difractados para reconstruir una imagen estéreo. Mirándola desde arriba, el espectador puede ver una imagen estéreo a todo color «. El holograma creado en este experimento mide 38 mm de longitud y 26 mm de ancho, un colgante de tamaño de la punta de los dedos con la imagen de una manzana .
«Este logro permitirá encontrar aplicaciones en los dispositivos de visualización en tres dimensiones en el futuro», dice Ozaki. «En el caso de los hologramas generados por el uso de plasmones de superficie, la luz blanca solo sirve como la luz incidente, y los haces pueden ser aplicados por detrás, por lo que nuestro sistema puede ser utilizado en dispositivos pequeños como teléfonos inteligentes.»
Ozaki observa que persisten algunos problemas por resolver antes de que el sistema puede ser puesto en práctica. «El sistema debe ser mejorado para permitir que objetos más grandes puedan ser fotografiados. Además, los ángulos de visión de las imágenes estéreo se limitan ahora a unos 25 grados tanto vertical como lateralmente, por lo que este rango debe ampliarse. Sin embargo, estos problemas de ingeniería puede ser resueltos. Con nuestro sistema, que también tienen como objetivo la creación de imágenes en movimiento. Mediante el uso de plasmones de superficie y la holografía en combinación, diversidad de enfoques están disponibles, y que posteriormente se puede utilizar con un enfoque técnico que sea totalmente diferente de la técnica que se acaba de anunciar «, dijo Ozaki.
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Investigadores desarrollan supercondensador de grafeno para dispositivos electrónicos portátiles
Los condensadores electroquímicos (EC), también conocidos como supercondensadores, difieren de los condensadores normales que se encuentran en su televisor o la computadora. Han llamado la atención como dispositivos de almacenamiento de energía, ya que cargar y descargar es más rápido que las baterías, sin embargo, están todavía limitados por la densidad de energía que es baja, sólo una fracción de la densidad de energía de las baterías. Un condesador electrolítico que combina el rendimiento de energía de los condensadores con la alta densidad de energía de las baterías representaría un avance significativo en la tecnología de almacenamiento de energía. Esto requiere nuevos electrodos que no sólo mantengan una alta conductividad, sino también proporcione mayor área superficial y más accesibles que los convencionales que utilizan CE activados por electrodos de carbono.
Ahora los investigadores de UCLA han utilizado unidad óptica de DVD para producir dichos electrodos. Los electrodos se componen de una red ampliada de grafeno – una capa de un átomo de espesor de carbono grafítico – que muestra excelentes propiedades mecánicas y eléctricas, así como la superficie excepcionalmente alta.
Investigadores de la UCLA desde el Departamento de Química y Bioquímica, el Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería y el Instituto NanoSystems de California demuestran un alto rendimiento de los condensadores electroquímicos basados en el grafeno que mantienen excelentes atributos electroquímicos bajo tensión mecánica. El documento se publica en la revista Science.
El proceso se basa en el revestimiento de un disco DVD con una película de óxido de grafito que es entonces tratada con láser en el interior de una unidad de DVD LightScribe para producir electrodos de grafeno. Típicamente, el rendimiento de los dispositivos de almacenamiento de energía es evaluado por dos figuras principales, la densidad de energía y la densidad de potencia. Suponga que está utilizando el dispositivo para ejecutar un coche eléctrico – la densidad de energía nos dice hasta qué punto el coche puede ir con una sola carga, mientras que la densidad de potencia nos dice qué tan rápido puede ir el coche. Aquí, los dispositivos hechos con electrodos Laser Scribed Graphene (LSG) presentan valores de ultra alta densidad de energía en diferentes electrolitos, manteniendo la alta densidad de potencia y estabilidad excelente ciclo de EC. Por otra parte, estos ECs mantienen excelentes atributos electroquímicos bajo tensión mecánica y por lo tanto mantienen la promesa de alta potencia en la electrónica flexible.
«Nuestro estudio demuestra que admiten más carga que las baterías convencionales, pero se puede cargar y descargar un cien a mil veces más rápido», dijo Richard B. Kaner, profesor de química y ciencia de los materiales e ingeniería.
«A continuación, presentamos una estrategia para la producción EC de alto rendimiento basados en el grafeno, a través de un simple enfoque de estado sólido que evita el reapilado de las hojas de grafeno», dijo Maher F. El-Kady, el autor principal del estudio y un estudiante graduado en el laboratorio de Kaner.
El equipo de investigación ha fabricado electrodos LSG que no tienen los problemas de los electrodos de carbono activado que hasta ahora han limitado el rendimiento de comercial de EC. En primer lugar, el láser LightScribe provoca la reducción simultánea y exfoliación del óxido de grafito y produce una red abierta de LSG con una superficie sustancialmente mayor y más accesible. Esto se traduce en una capacidad de almacenamiento de carga considerable para los supercondensadores LSG. La estructura de red abierta de los electrodos ayuda a minimizar la trayectoria de difusión de iones de electrólito, que es crucial para la carga del dispositivo. Esto puede explicarse por las hojas de grafeno fácilmente accesibles planas, mientras que la mayor parte del área superficial del carbono activado se encuentra en los poros muy pequeños que limitan la difusión de iones. Esto significa que los supercondensadores LSG tienen la capacidad de entregar energía ultraalta en un corto período de tiempo mientras que los del carbono activado no pueden.
Además, los electrodos LSG son mecánicamente robustos y muestran una alta conductividad (> 1700 S/m) en comparación con carbono activado (10-100 S/m). Esto significa que los electrodos LSG puede ser utilizados directamente como electrodos supercondensadores sin la necesidad de aglutinantes o colectores de corriente como es el caso para el carbono activado convencional, ECS. Además, estas propiedades permiten a los LSG actuar tanto como el material activo y la corriente de colector en el CE. La combinación de ambas funciones en una sola capa conduce a una arquitectura simplificada y hace de los LSG supercondensadores dispositivos rentables.
Comercialmente disponibles, los EC consisten en un separador colocado entre dos electrodos con electrolito líquido que o bien se enrolla en espiral o se envasa en un recipiente cilíndrico o apilados en una pila de botón. Por desgracia, estas arquitecturas de dispositivos no sólo sufren de una posible fuga nociva de electrolitos, pero su diseño hace que sea difícil usarlos para prácticas de electrónica flexible.
El equipo de investigación sustituye el electrolito líquido con un electrolito de polímero gelificado que también actúa como un separador, reduciendo aún más el espesor del dispositivo y el peso y la simplificación del proceso de fabricación, ya que no requiere materiales especiales de embalaje.
A fin de evaluar en condiciones reales el potencial de LSG-CE para el almacenamiento flexible, el equipo de investigación colocó un dispositivo de bajo constante estrés mecánico para analizar su rendimiento. Curiosamente, esto tuvo un efecto casi nulo en el rendimiento del dispositivo.
«Atribuimos el alto rendimiento y durabilidad a la alta flexibilidad mecánica de los electrodos a lo largo de la estructura de la red de interpenetración entre los electrodos y el electrolito LSG gelificado», explica Kaner. «El electrolito se solidifica en el conjunto del dispositivo y actúa como pegamento que mantiene a los componentes del dispositivo juntos». El método mejora la integridad mecánica y aumenta el ciclo de vida del dispositivo, incluso cuando se ensaya en condiciones extremas.
Este notable desempeño aún no se ha realizado en los dispositivos comerciales, estos supercondensadores LSG podrían abrir el camino a sistemas de almacenamiento ideales de energía para la próxima generación de electrónica flexible para portátiles.
Fuente: EurekAlert!
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Logran enviar un mensaje mediante neutrinos a través de rocas
Un grupo de científicos liderado por investigadores de la Universidad de Rochester y la Universidad Estatal de Carolina del Norte, por primera vez han enviado un mensaje usando un haz de neutrinos – las partículas casi sin masa que viajan casi la a velocidad de la luz. El mensaje fue enviado a través de 240 metros de roca y dijo simplemente, «Neutrino».
«Con el uso de neutrinos, sería posible la comunicación entre dos puntos cualesquiera de la Tierra sin el empleo de satélites o cables», dijo Dan Stancil, profesor de ingeniería eléctrica y computación en la North Carolina State y autor principal de un artículo que describe la investigación. «Los sistemas de comunicación con neutrinos serían mucho más complicados que los sistemas actuales, pero pueden tener importantes usos estratégicos».
Muchos han teorizado sobre los posibles usos de los neutrinos en la comunicación, debido a una propiedad particularmente útil: pueden penetrar casi cualquier cosa que encuentran. Esta tecnología se podría aplicar a los submarinos, por ejemplo, posiblemente podrían comunicar a través de largas distancias en el agua, que es difícil, si no imposible, con la tecnología actual. Y si queremos comunicarnos con algo en el espacio exterior que esté en el lado lejano de la luna o un planeta, nuestro mensaje puede viajar directamente a través sin ningún impedimento.
«Por supuesto, con nuestra tecnología actual se precisan en gran cantidad equipos de alta tecnología para comunicar un mensaje usando neutrinos, así que esto no es práctico», dijo Kevin McFarland, de la Universidad de Rochester, el profesor de física que estuvo involucrado en el experimento. «Pero es el primer paso para que algún día utilizar los neutrinos para la comunicación sea una aplicación práctica, es una demostración del uso de la tecnología de hoy.»
El equipo de científicos que demostraron que era posible, realizaron su prueba en el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi (Fermilab, o, para abreviar), en las afueras de Chicago. El grupo ha presentado sus conclusiones en la revista Modern Physics Letters A.
En el Fermilab, los investigadores tuvieron acceso a dos componentes esenciales. El primero es uno de los aceleradores de partículas del mundo más poderosos, lo que genera haces de neutrinos de alta intensidad por protones acelerados en torno a una pista de 2.5 kilómetros de circunferencia y luego chocan con un blanco de carbono. El segundo es un detector de varias toneladas llamado MINERVA, ubicado en una caverna de 100 metros de profundidad.
El hecho de que tal configuración es necesaria una importante para comunicarse con los neutrinos significa que mucho trabajo tendrá que hacerse antes de la tecnología se pueda incorporar en una forma fácilmente utilizable.
La prueba de comunicación se llevó a cabo durante un período de dos horas cuando el acelerador estaba operando en la mitad de su máxima intensidad, debido a un tiempo de inactividad programado para el futuro. La interacción de los datos de Minerva fue recogida, al mismo tiempo que se realizaba la prueba de comunicación llevado a cabo.
Hoy en día, la mayoría de las comunicaciones se lleva a cabo mediante el envío y recepción de ondas electromagnéticas. Así es como nuestras radios, teléfonos móviles celulares y televisores operan. Sin embargo, las ondas electromagnéticas no pasan fácilmente a través de la mayoría de los tipos de materia. Son bloqueadas por el agua, montañas y muchos otros líquidos y sólidos. Los neutrinos, por otro lado, regularmente pasan a través de planetas entero sin resultar perturbados. Debido a su carga neutra eléctrica y la masa casi inexistente, los neutrinos no están sujetos a las atracciones magnéticas y no se alteran significativamente por la gravedad, por lo que están prácticamente libres de obstáculos a su movimiento.
El mensaje que los científicos han enviado a través de los neutrinos se tradujo en código binario. En otras palabras, la palabra «neutrino» estaba representada por una serie de 1 y 0, con el 1 correspondiente a un grupo de neutrinos siendo disparados y las correspondientes 0 a no ser disparados neutrinos. Los neutrinos se activan en grupos grandes, porque son tan evasivos que, incluso con un detector de varias toneladas, sólo uno de cada diez mil millones de neutrinos se detecta. Después que los neutrinos se han detectado, un equipo en el otro extremo tradujo el nuevo código binario en inglés, y la palabra «neutrino» fue recibido con éxito.
«Los neutrinos han sido una herramienta increíble para ayudarnos a aprender sobre el funcionamiento tanto del núcleo atómico como del universo», dijo Deborah Harris, director del proyecto Minerva «, pero los neutrinos de comunicación tiene un largo camino por recorrer antes de que sean eficaces.»
Minerva es una colaboración internacional de físicos nucleares y de partículas procedentes de 21 instituciones que estudian el comportamiento de los neutrinos usando un detector situado en Fermi National Accelerator Laboratory, cerca de Chicago. Este es el primer experimento de neutrinos en el mundo que utiliza un haz de alta intensidad para estudiar las reacciones de neutrinos con núcleos de cinco materiales diferentes, y la comparación de interacciones. Esto le ayudará a completar el cuadro de los neutrinos y permitir una interpretación de manera más clara de los datos de los experimentos actuales y futuros.
Fuente: University of Rochester (2012, March 14). Researchers send ‘wireless’ message using a beam of neutrinos. ScienceDaily. Retrieved March 15, 2012, from http://www.sciencedaily.com /releases/2012/03/120314143146.htm
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