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¿Hasta dónde llegaremos?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Ciencia futura    ~    Comentarios Comments (4)

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Desarrollan un material que desafía las leyes de la física

Bajo presión se expande en lugar de comprimirse, generando estructuras porosas con múltiples aplicaciones potenciales

Los científicos del Argonne National Laboratory de Estados Unidos están desafiando las leyes de la física porque han conseguido que un material sometido a presión se expanda en lugar de comprimirse. Este avance podría tener aplicaciones en múltiples sectores, desde el farmacéutico al de la construcción. Por otra parte, en este mismo Laboratorio, se ha conseguido recientemente convertir el cemento en un metal líquido semiconductor. Por Yaiza Martínez.

 

 

Una técnica permite convertir un material denso en poroso sometiéndolo a presión. Fuente: Argonne National Laboratory.
Lo normal es que, cuando apretamos algo, se haga más pequeño. Pero no siempre es así, gracias a una técnica desarrollada por científicos del Argonne National Laboratory‎ de Chicago, Estados Unidos, un centro de investigación multidisciplinar especializado en el estudio de energías limpias, tecnología y seguridad.

Los investigadores de este Laboratorio parecen estar desafiando a las leyes de la física al haber encontrado una manera de ejercer presión para conseguir que un material se expanda en lugar de comprimirse, como cabría esperar.

“Es como apretar una piedra y que se forme una esponja gigante”, explica Karena Chapman, químico del Departamento de Energía de EEUU en un comunicado del Argonne National Laboratory.

“Se supone que los materiales se adensan y se compactan bajo presión. Pero estamos viendo justo lo contrario. El material que hemos sometido a presión (con la nueva técnica) tiene la mitad de densidad que en su estado original. Esto contradice las leyes de la física “, añade la investigadora.

Como este comportamiento parecía imposible, Chapman y sus colaboradores pasaron varios años haciendo pruebas hasta llegar a creer lo increíble. En cada uno de sus experimentos, obtuvieron los mismos resultados asombrosos.

Posibles aplicaciones

El descubrimiento realizado no sólo podría hacer que se reescribiesen los libros de texto de ciencias, sino que además podría duplicar la variedad de materiales con estructuras porosas disponibles para fabricación, funciones sanitarias o de sostenibilidad ambiental.

Estos nuevos materiales, con orificios parecidos a los de las esponjas, podrían usarse para atrapar, almacenar y filtrar otros materiales. La forma de sus agujeros permite que éstos sean selectivos con moléculas específicas y, en consecuencia, puedan funcionar como filtros de agua, como sensores químicos o como medio de almacenamiento de compresión, por ejemplo, para el secuestro del dióxido de carbono de células de combustible de hidrógeno.

Además, adaptando las velocidades de liberación de los materiales “atrapados” en los agujeros, se podría “dirigir” el suministro de fármacos o determinar el inicio de reacciones químicas que produzcan de todo, desde plásticos hasta alimentos. Los detalles de este avance han sido publicados en el Journal of the American Chemical Society.

Los científicos pusieron cianuro de Zinc – Zn(CN)2 – en una celda de yunque de diamante, que es un dispositivo utilizado en experimentos científicos que permite comprimir una pequeña pieza (de tamaño sub-milimétrico) de material hasta presiones extremas. Luego introdujeron todo en el Advanced Photon Source (APS), una fuente de radiación sincrotrón de rayos X ubicada en el Argonne National Laboratory.

En este entorno, el cianuro de Zinc fue sometido a altas presiones – de entre 0,9 y 1,8 gigapascales, el equivalente a entre 9.000 y 18.000 veces la presión atmosférica a nivel del mar-. Este nivel de presión está dentro del marco de presión reproducible por la industria en sistemas de almacenamiento a granel.

Aplicando distintos fluidos en torno al material a medida que éste era sometido a la presión, los científicos consiguieron crear cinco nuevas fases de material. Dos de éstas mantuvieron su capacidad porosa bajo una presión normal.

El tipo de fluido utilizado en el proceso determinó la forma de los poros generados. Esta es la primera vez que se consigue, con presión hidrostática, hacer que un material denso se transforme en un material poroso. “Este descubrimiento probablemente doble la cantidad de materiales porosos disponibles, lo que ampliará en gran medida su uso en farmacia, en el secuestro o separación de materiales o en catálisis”, afirma Chapman.

Estado de los electrones en el cristal de metal líquido formado a partir de cemento. Fuente: Argonne National Laboratory.
También han transformado el cemento en metal

El pasado mes de mayo, el Argonne National Laboratory publicaba otro avance en formación de materiales muy llamativo: el descubrimiento de una fórmula que permite convertir el cemento líquido en metal líquido.

Aplicando un proceso conocido como captura electrónica, los científicos lograron transformar el cemento en un semiconductor, lo que permitiría usarlo en el sector de la electrónica para crear películas finas, revestimientos de protección o chips computacionales.

Este “nuevo” cemento tiene además propiedades muy positivas, como una mejor resistencia a la corrosión que un metal tradicional, menor fragilidad que los cristales, menor pérdida energética, y una fluidez mayor, que favorece su procesamiento y su moldeamiento.

Para su obtención, los investigadores sometieron la mayenita‎ (un componente de los cementos de alúmina) a diferentes atmósferas y a temperaturas de 2.000 ºC usando un haz de láser. Todo se hizo con un levitador aerodinámico que evitó que el líquido resultante tocara cualquier superficie del contenedor (este tipo de levitación permite establecer variaciones en la presión ejercida por gases para mantener los objetos en una posición estable).

Una vez enfriado, el líquido formó unos cristales que pueden capturar los electrones de la manera que precisa la conducción electrónica. Los electrones atrapados proporcionaron un mecanismo de conductividad similar al que permiten los metales.

Los científicos señalaron en este caso que comprender cómo el cemento puede convertirse en metal líquido abre la posibilidad de convertir otros sólidos de aislamiento en semiconductores que funcionen a temperatura ambiente. Los resultados de este otro estudio aparecieron en la revista Proceeding of the National Academy of Sciences.


Referencias bibliográficas:

Saul H. Lapidus, Gregory J. Halder, Peter J. Chupas, Karena W. Chapman. Exploiting High Pressures to Generate Porosity, Polymorphism, And Lattice Expansion in the Nonporous Molecular Framework Zn(CN)2. Journal of the American Chemical Society (2013). DOI: 10.1021/ja4012707.

Jaakko Akolaa, Shinji Koharad, Koji Oharad, Akihiko Fujiwarad, Yasuhiro Watanabee, Atsunobu Masunoe, Takeshi Usukif, Takashi Kubog, Atsushi Nakahirag, Kiyofumi Nittad, Tomoya Urugad, J. K. Richard Weberh y Chris J. Benmorei. Network topology for the formation of solvated electrons in binary CaO–Al2O3 composition glasses. PNAS (2013). DOI: 10.1073/pnas.1300908110.

Recomendado por el contertulio Don Julian Luque.

Fuente: Tendencias21 Una publicación de temas científicos que lleva a cabo una buena divulgación de todo lo que en el mundo de la Ciencia se mueve.

 

  1. 1
    Emilio Silvera
    el 22 de junio del 2013 a las 5:44

    Está claro, al menos para mí, que los objetivos que podemos alcanzar en el futuro no tienen límite. Cualquier cosa, por descabellada que ahora nos pudiera parecer, será una realidad en el futuro en el que, la materia habrá dejado de tener secretos para nosotros y, si eso es así (que lo será), tampoco la energía se podrá escapar a nuestros conocimientos y, cuando eso suceda… ¿Quién podrá pararnos?

    Hay que tener en cuenta que, al mismo tiempo que vamos descubriendo nuevos materiales y nuevas formas de la materia para amoldarlas a nuestras necesidades y poder conseguir objetivos que ahora están fuera de nuestro alcance, de la misma manera digo, también avanzamos en los otros campos de la física, la química, la biología, la computación y en una diversidad de sectores científicos que, todos unidos, nos harán verdaderos “señores del espacio” ese sueño tan largamente perseguido y que, en el futuro, gracias a descubrimientos como este, será una realidad para la Humanidad que, para entonces, también habrá sabido cambiar sus vidas que, sin problemas, alcanzaran una vida media de más de 150 años.

    ¡El Futuro se acerca! Pero, se acerca, a pasos agigantados.

     

    Responder
  2. 2
    Julián Luque
    el 22 de junio del 2013 a las 9:30

    Vacío – Wikipedia, la enciclopedia libre

    es.wikipedia.org/wiki/Vacío

    En caché
    Similares

     
    Menos moléculas ―> mayor vacío ―> menor temperatura. Tienen el mismo fundamento que las bombas de ionización, hasta el punto que éstas pueden 

      Las leyes de la física son las que son, ya la estamos utilizando, a mayor vacío menos temperatura, y un gas se condensa.
    A mas presión, ese gas se calienta y se expande.
    En el dibujo, del intercambiador de calor, vemos que la bomba nº 4 hace presión hacia el nº 1 produciendo calor, en el nº 2 tenemos un estrechamiento del tuvo haciendo que la presión disminuya en el nº 3 unido al vacío que le aplica la bomba, y se enfría y se condensa.
    Este articulo, llega tarde, ya se está utilizando con los gases.
    Extrapolando al universo en expansión constante, el principio es el mismo.
    Vacío, frío, y condensación.

    Julian Luque

    Responder
  3. 3
    emilio silvera
    el 23 de junio del 2013 a las 6:47

    Amigo Julián:
    En física todo esto es muy bien conocido y como dices, parece que todo está bastante claro. En realidad, todo está conectado y una cosa afecta a la otra, siempre ha sido y seguirá siendo así por lo inamovible de los sistemas físicos y sus procesos naturales.
    Aunque el vacío realmente no existe (siempre hay alguna cosilla por ahí), el astronomía también se habla de vacío cósmico para referirse a aquellas regiones con pocas o ninguna galaxia. En el espacio han sido detectados vacíos con con menos de una décima de la densidad promedio del Universo en escalas de hasta 200 millones de años-luz y, como es lógico, la falta de materia hace que el frío esté presente.
    Al físico del CERN Alvaro Rújula le gusta constar:

    “Saquemos los muebles de la habitación, apaguemos las luces y vayámonos. Sellemos el recinto, enfriemos las paredes al cero absoluto y extraigamos hasta la última molécula de aire, de modo que dentro no quede nada. ¿Nada? No, estrictamente hablando lo que hemos preparado es un volumen lleno de vacío. Y digo lleno con propiedad. Quizás el segundo más sorprendente descubrimiento de la física es que el vacío, aparentemente, no es la nada, sino una substancia. Aunque no como las otras…”

    Así que, para nosotros, el vacío existe como existe el horizonte, por ejemplo, que es algo que vemos que está pero que, cuando nos acercamos nunca está y siempre se encuentra allí, lejos de nuestro alcance. De la misma manera, nunca podremos encontrar el vacío que no está y, sus mismas propiedades nos lo han dicho.
    Un abrazo amigo mío.

    Responder

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