Un nanotubo de carbono (que se muestra en la ilustración) puede producir una ola de energía muy rápida cuando está recubierto por una capa de combustible y se enciende. para que el calor viaje a lo largo del tubo. Gráfico:Christine Daniloff
(PhysOrg.com) - Un equipo de científicos del MIT ha descubierto un fenómeno previamente desconocido que puede hacer que poderosas ondas de energía se disparen a través de minúsculos cables conocidos como nanotubos de carbono. El descubrimiento podría conducir a una nueva forma de producir electricidad, dicen los investigadores.
El fenómeno, descritas como ondas termoeléctricas, “Abre una nueva área de investigación energética, que es raro, "Dice Michael Strano, Charles e Hilda Roddey, profesor asociado de ingeniería química del MIT, quien fue el autor principal de un artículo que describe los nuevos hallazgos que aparecieron en Materiales de la naturaleza el 7 de marzo. El autor principal fue Wonjoon Choi, estudiante de doctorado en ingeniería mecánica.
Como una colección de restos flotantes propulsados a lo largo de la superficie por las olas que viajan a través del océano, resulta que una onda térmica, un pulso de calor en movimiento, que viaja a lo largo de un cable microscópico puede conducir electrones, creando una corriente eléctrica.
El ingrediente clave de la receta son los nanotubos de carbono, tubos huecos submicroscópicos hechos de una red de átomos de carbono en forma de alambre de gallina. Estos tubos, solo unas mil millonésimas de metro (nanómetros) de diámetro, son parte de una familia de moléculas de carbono novedosas, incluyendo buckyballs y láminas de grafeno, que han sido objeto de una intensa investigación mundial durante las últimas dos décadas.
Un fenómeno previamente desconocido
En los nuevos experimentos, Cada uno de estos nanotubos conductores eléctricos y térmicos se revistió con una capa de un combustible reactivo que puede producir calor al descomponerse. Luego, este combustible se encendió en un extremo del nanotubo usando un rayo láser o una chispa de alto voltaje, y el resultado fue una onda térmica de movimiento rápido que viaja a lo largo del nanotubo de carbono como una llama que se desplaza rápidamente a lo largo de una mecha encendida. El calor del combustible entra en el nanotubo, donde viaja miles de veces más rápido que en el propio combustible. A medida que el calor retroalimenta el revestimiento de combustible, Se crea una onda térmica que se guía a lo largo del nanotubo. Con una temperatura de 3, 000 Kelvin, este anillo de calor acelera a lo largo del tubo 10, 000 veces más rápido que la propagación normal de esta reacción química. El calentamiento producido por esa combustión, resulta, también empuja electrones a lo largo del tubo, creando una corriente eléctrica sustancial.
Las ondas de combustión, como este pulso de calor que se precipita a lo largo de un cable, "se han estudiado matemáticamente durante más de 100 años, "Strano dice, pero fue el primero en predecir que tales ondas podrían ser guiadas por un nanotubo o nanoalambre y que esta ola de calor podría empujar una corriente eléctrica a lo largo de ese cable.
En los experimentos iniciales del grupo, Strano dice, cuando conectaron los nanotubos de carbono con su revestimiento de combustible para estudiar la reacción, “He aquí, nos sorprendió mucho el tamaño del pico de voltaje resultante ”que se propagó a lo largo del cable.
Después de un mayor desarrollo, el sistema ahora produce energía, en proporción a su peso, aproximadamente 100 veces mayor que el peso equivalente de una batería de iones de litio.
La cantidad de energía liberada él dice, es mucho mayor que la predicha por los cálculos termoeléctricos. Si bien muchos materiales semiconductores pueden producir un potencial eléctrico cuando se calientan, a través de algo llamado efecto Seebeck, ese efecto es muy débil en carbono. "Hay algo más sucediendo aquí, " él dice. "Lo llamamos arrastre de electrones, ya que parte de la corriente parece escalar con la velocidad de la onda ".
La ola térmica, el explica, parece estar arrastrando los portadores de carga eléctrica (ya sean electrones o huecos de electrones) al igual que una ola oceánica puede recoger y transportar una colección de escombros a lo largo de la superficie. Esta importante propiedad es responsable de la alta potencia producida por el sistema, Dice Strano.
Explorando posibles aplicaciones
Debido a que este es un descubrimiento tan nuevo, él dice, es difícil predecir exactamente cuáles serán las aplicaciones prácticas. Pero sugiere que una posible aplicación sería habilitar nuevos tipos de dispositivos electrónicos ultrapequeños, por ejemplo, dispositivos del tamaño de granos de arroz, quizás con sensores o dispositivos de tratamiento que podrían inyectarse en el cuerpo. O podría conducir a "sensores ambientales que podrían esparcirse como polvo en el aire, " él dice.
En teoria, él dice, tales dispositivos podrían mantener su energía indefinidamente hasta que se usen, a diferencia de las baterías cuyas cargas se escapan gradualmente a medida que permanecen sin usar. Y aunque los nanocables individuales son pequeños, Strano sugiere que podrían fabricarse en grandes arreglos para suministrar cantidades significativas de energía para dispositivos más grandes.
Los investigadores también planean seguir otro aspecto de su teoría:que al usar diferentes tipos de materiales reactivos para el recubrimiento, el frente de onda podría oscilar, produciendo así una corriente alterna. Eso abriría una variedad de posibilidades, Strano dice, porque la corriente alterna es la base de las ondas de radio, como las transmisiones de teléfonos móviles, pero todos los sistemas de almacenamiento de energía actuales producen corriente continua. “Nuestra teoría predijo estas oscilaciones antes de que comenzáramos a observarlas en nuestros datos, " él dice.
También, las versiones actuales del sistema tienen baja eficiencia, porque se emite una gran cantidad de energía en forma de calor y luz. El equipo planea trabajar para mejorar eso.
