Si bien los humanos no han podido controlar las nanopartículas hasta hace muy poco, Las nanopartículas siempre han existido. Están presentes en cenizas volcánicas, como las plumas que estallaron en el monte St. Helens en 1980. © Gary Braasch / CORBIS Toda la semana, has estado soñando con un día en la playa. Mientras te pones un traje de baño con protección UV, untarse protector solar, y agarra tu cámara y tus lentes de sol, la nanotecnología es lo último en lo que piensa. Sin embargo, es parte de lo que llevas puesto sosteniendo y, en gran medida, usar en su vida diaria.
Nanotecnología , que es el estudio y la manipulación de una materia tan pequeña que ni siquiera se puede detectar con un microscopio de alta potencia, brinda protección UV a su traje de baño y protector solar, Recubrimiento antirreflejos en la lente de su cámara y resistencia a los arañazos en sus gafas de sol. Nanocristales, un tipo de nanopartícula, se utilizan en productos que van desde maquillaje y bolsas de almacenamiento de plástico hasta calcetines resistentes a los olores y pruebas de embarazo caseras. Y algun dia los nanocristales podrían alimentar tu coche, artículos en su casa o en el edificio de oficinas al final de la calle.
La nanotecnología es un campo científico emergente rico en posibilidades, pero esta materia ultramicroscópica no se creó en los oscuros recovecos del laboratorio de un científico loco. Las nanopartículas se producen de forma natural. Se encuentran en la espuma del mar ceniza volcánica y humo [fuente:Science Daily]. Algunas veces, Los nanocristales son parte de subproductos como los gases de escape de los vehículos o los humos emitidos durante la soldadura [fuente:Nano].
Los nanocristales varían de 1 a 100 nanómetros de tamaño y se miden a nanoescala. Un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro, que es 1 millón de veces más pequeño que una hormiga. Entonces, ¿cómo podría un nanocristal convertirse en una poderosa fuente de combustible? Después de todo, una hoja de papel promedio mide 100, 000 nanómetros de espesor, haciéndolo enorme en comparación [fuente:Nano].
La clave está en el comportamiento de los nanocristales. Partículas de la mayoría de tamaños, no importa de qué estén hechos, seguir un conjunto común de reglas científicas. Es como si hubieran sido entrenados colectivamente para mantener los codos alejados de la proverbial mesa de la cena; existen expectativas - confirmadas por la observación - sobre cómo interactúan estas partículas. Pero no nanocristales.
Los nanocristales son obstinados, cositas rebeldes. Y es exactamente por eso que podrían ser la próxima gran fuente de combustible [fuente:Boysen].
Como ocurre con la mayoría de las cosas pequeñas que no se comportan como esperamos, Los nanocristales plantean desafíos únicos. Toma oro por ejemplo. Reconocemos este metal en particular por su característico color dorado. Si estuvieras buscando oro, reconocerías incluso una pequeña mota de oro por su color. Reduce esta mota a un nanómetro, aunque, y no podrá reconocerlo (incluso si pudiera ver un nanocristal). Se volverá azul verdoso o rojo porque los nanocristales, ya que son tan pequeños, Son casi en su totalidad la superficie. Esta mayor proporción de área de superficie permite que los nanocristales de metal absorban colores en lugar de reflejarlos [fuente:Boysen].
Si bien este pequeño dato puede impresionar a sus amigos en las fiestas, este conocimiento, que los nanocristales siguen reglas diferentes a otras materias, también podría afectar las fuentes de combustible del mundo. Los nanocristales no solo pueden adquirir cualidades diferentes que las partículas más grandes del mismo material, pero reaccionan de manera diferente con otros elementos. Cuanto más pequeña es la partícula, cuantos más átomos tiene en la superficie; cuantos más átomos en la superficie, cuanto mayor sea la superficie y mayor la capacidad de interactuar con otros elementos.
Piénsalo así:estás nadando en un cilindro de agua que es profundo pero no ancho. Puede tocar los bordes del cilindro simplemente estirando los brazos y las piernas como una estrella de mar. Luego decides nadar en una piscina poco profunda del tamaño de una cancha de baloncesto. Todas las cosas por igual, entrará en contacto con una mayor parte de la superficie del agua si rema alrededor de la piscina poco profunda que si flota en la profunda cilíndrica. Así funcionan los nanocristales también. Sus muchas partículas pequeñas tienen más superficies expuestas a otros productos químicos o elementos, que puede conducir a una mayor velocidad de reacción química
Esta mayor superficie hace que los nanocristales sean buenos catalizadores, o sustancias que permiten reacciones químicas. Cuando se usa como catalizador, Los nanocristales pueden aumentar la velocidad de una reacción química sin sufrir cambios. Esto significa que los nanocristales pueden convertir materias primas en combustible a temperaturas más bajas que otros catalizadores. En cambio, Los nanocristales permiten quemar más combustible a una temperatura más baja.
La nanotecnología podría hacer más viable la tecnología de combustibles alternativos existente. Por ejemplo, el maíz se convierte en etanol, un combustible alternativo no fósil. Pero cuando el maíz germina y se riega, cosechado transportado y luego convertido en etanol, el proceso no es particularmente rentable ni energéticamente eficiente. Al utilizar nanocristales como catalizador, un ejército de enzimas podría consumir de manera eficiente y rápida materiales de desecho como astillas de madera o pasto y convertirlos en etanol [fuente:Understanding Nano].
Solo hay un problema aunque. Nanopartículas, mientras ocurre naturalmente, son más difíciles de fabricar a propósito. Los investigadores aún no han descubierto una forma de aprovechar las nanopartículas, y mucho menos producirlos en masa. Cuando lo hacen podríamos tener una renovable, Fuente de energía eficiente y económica, una que potencialmente podría resultar en facturas de energía más bajas y vehículos con un mayor kilometraje del motor.
¿Quién acuñó la frase?En 1986, un ingeniero estadounidense llamado K. Eric Drexler escribió "Engines of Creation" e introdujo el término nanotecnología. Estaba a la vanguardia de un campo floreciente de estudios científicos que capturó la imaginación de inventores e industrias. Para 2013, había más de 40, 000 patentes con la palabra "nano" registradas en la Oficina de Patentes de EE. UU. [Fuente:Oficina de Marcas y Patentes de EE. UU.].
Enciende una linterna y serás testigo de cómo funciona una pila de combustible. En su forma más básica, una pila de combustible es una fuente de energía que utiliza una reacción química para producir una corriente eléctrica. La batería dentro de la linterna es una celda de combustible que confina sus productos químicos en un pequeño paquete ordenado. Una vez que los productos químicos se desgastan y ya no pueden reaccionar entre sí, la batería se puede recargar o desechar.
Existe otro tipo de pila de combustible que se basa en la ingesta de elementos externos. En lugar de tener todos sus elementos encerrados, una pila de combustible de hidrógeno, por ejemplo, necesita acceso a elementos periféricos como hidrógeno y oxígeno para producir electricidad [fuente:CAFCP]. Y aquí es donde entra en juego la nanotecnología. La aplicación de la nanotecnología podría hacer que las celdas de combustible de hidrógeno funcionen de manera más eficiente y hacerlas menos costosas de producir; esto podría resultar en precios más bajos para los vehículos alimentados con este tipo de energía alternativa, así como la producción de pilas de combustible que requieren menos energía para funcionar.
Con nanocristales en juego, Los costes de fabricación de pilas de combustible también podrían reducirse. Tradicionalmente, Las pilas de combustible de hidrógeno utilizan platino como catalizador para convertir elementos externos en energía. El platino es relativamente raro y se extrae mediante una minería que consume mucha energía. Mediante el uso de nanocristales de platino, reduce en gran medida la cantidad de platino caro que se necesita para que funcione una pila de combustible. En algunos casos, Los nanocristales de materiales menos costosos como el cobalto se pueden usar para evitar la necesidad de platino por completo [fuente:Understanding Nano].
Los nanocristales podrían cambiar el material utilizado para construir celdas de combustible, también. La mayoría de las pilas de combustible utilizan líquido para conectar los electrodos porque el líquido es un mejor conductor que un material sólido. Pero al infundir materiales sólidos con nanocristales, los materiales en sí se vuelven más propicios, eliminando la necesidad de un conductor líquido, lo que lleva a ahorrar espacio, mayor conductividad y pilas de combustible más pequeñas [fuente:Science Daily]. En el final, La tecnología que utiliza algunas de las partículas más pequeñas del mundo podría conducir a la próxima gran fuente de combustible, o al menos a una forma más eficiente de utilizar las fuentes de combustible que ya tenemos.
Cosecha de hidrógenoEl hidrógeno es uno de los elementos más abundantes de la Tierra. Se puede extraer del agua y no necesita fabricarse como otros combustibles. Cuando se usa como combustible, el vapor de agua es el único subproducto. Hoy dia, los investigadores están siguiendo la pista de una nueva forma de extraer hidrógeno del agua. Usando solo luz solar y un catalizador de nanocristales de níquel económico, pueden producir combustible de hidrógeno durante varias semanas antes de que el proceso comience a ralentizarse [fuente:Dume].
Imaginar dos piscinas es una excelente manera de visualizar las diferencias estructurales de las nanopartículas. Su piscina de buceo estrecha puede ser profunda, o incluso contener un mayor volumen de agua, pero su superficie es mucho menor que la ancha, piscina de entrenamiento poco profunda. Nanopartículas, también, quedan con mucha superficie expuesta, lo que puede conducir a una mayor velocidad de reacción química. Por lo menos, eso es en lo que estaré pensando la próxima vez que pase una tarde de ocio en la piscina.
