Algunos de los descubrimientos científicos más famosos ocurrieron por accidente. Desde el teflón y el microondas hasta la penicilina, los científicos que intentan resolver un problema a veces encuentran cosas inesperadas. Así es exactamente como creamos las nanocintas de fosforeno, un material hecho de uno de los componentes básicos del universo. pero eso tiene el potencial de revolucionar una amplia gama de tecnologías.

Habíamos estado intentando separar capas de cristales de fósforo en láminas bidimensionales. En lugar de, nuestra técnica creó diminuta, Cintas en forma de tallarines de un solo átomo de espesor y solo 100 o más átomos de ancho, pero hasta 100, 000 átomos de largo. Pasamos tres años perfeccionando el proceso de producción, antes de anunciar nuestros hallazgos.

Las cintas bidimensionales tienen varias propiedades notables. Su relación de ancho a largo es similar a los cables que atraviesan el puente Golden Gate. Son increíblemente uniformes pero el ancho manipulable permite sus propiedades, como si conducen la electricidad y cómo, para ser afinado. También son increíblemente flexibles, lo que significa que pueden seguir los contornos de cualquier superficie en la que se coloquen perfectamente, e incluso ser retorcido.

Potencial transformador

Más de 100 artículos científicos predijeron el potencial transformador de estas nanocintas, si fuera posible crearlos, en una variedad de tecnologías, algunas hasta cinco años antes de la publicación de nuestro descubrimiento en Nature.

Quizás el más importante de ellos se encuentre en el área de la tecnología de baterías. La estructura corrugada de las nanocintas de fosforeno significa que los iones cargados que alimentan las baterías pronto podrían moverse hasta 1000 veces más rápido de lo que es posible actualmente. Esto significaría una disminución significativa en el tiempo de carga, junto con un aumento de la capacidad de aproximadamente el 50%. Tales ganancias de rendimiento proporcionarían un impulso masivo a las industrias de automóviles y aviones eléctricos, y permitirnos aprovechar mucho mejor la energía renovable para eliminar la dependencia de los combustibles fósiles, incluso en gris, días tranquilos.

También significa que en el futuro, las baterías pueden usar iones de sodio en lugar de iones de litio. Es posible que las reservas de litio conocidas no puedan satisfacer los enormes aumentos proyectados en la demanda de baterías, y la extracción del metal puede ser perjudicial para el medio ambiente. Sodio, por el contrario, es abundante y barata.

El campo de la electrónica también puede estar agradecido por las nanocintas. La ley de Moore observa que la potencia de procesamiento de la computadora se duplica cada dos años, pero esta tasa corre el riesgo de disminuir a medida que se acercan rápidamente los límites físicos de los materiales. El uso de materiales '2-D' como el nuestro podría redefinir estos límites, permitiéndonos fabricar dispositivos cada vez más pequeños y rápidos.

Las cintas podrían resolver otro obstáculo importante en esta área:cómo conectar nanomateriales eléctricamente sin crear una gran resistencia (y, por lo tanto, pérdida de energía) en las uniones. Las versiones de varias capas de nanocintas de fosforeno se pueden dividir sin problemas en cintas con diferentes alturas y propiedades eléctricas. eludiendo los requisitos de ingeniería habituales de las conexiones. Gracias a esto, Las células solares de alta eficiencia podrían estar ahora mucho más cerca de hacerse realidad.

La flexibilidad y las propiedades termoeléctricas de las nanocintas de fosforeno significan que también podrían integrarse en telas portátiles. y se utiliza para convertir el calor residual en electricidad útil. Por ejemplo, pronto pudimos ver camisetas termoeléctricas que funcionan como monitores de nivel de azúcar en la sangre y el corazón, todo impulsado solo por el calor corporal.

La tecnología podría desbloquear el potencial del hidrógeno como combustible eficiente y bajo en carbono. El gas está disponible en abundancia en el agua y solo produce oxígeno como subproducto cuando se extrae. Sin embargo, Hasta ahora, los científicos han eludido encontrar una manera de hacer esto de forma económica. Las moléculas de agua se pueden dividir mediante un proceso llamado fotocatálisis, pero el método requiere un material que absorba mucha luz, y cuyas propiedades energéticas combinan bien con el agua. Se predice que las nanocintas tienen exactamente estas cualidades, así como una gran superficie que maximizaría el contacto con el agua, lo que lo convierte en un candidato prometedor para resolver el enigma de la producción de hidrógeno.

En todo alentador, Las nanocintas de fosforeno ya han superado importantes obstáculos en el camino hacia la comercialización. Encontrar un método de producción escalable como el nuestro lleva años para la mayoría de los materiales nuevos, y algunos nunca ven la luz del día. Agregado a esto, el fósforo es un material relativamente abundante y de fácil extracción en la corteza terrestre. Y como nuestras cintas ya están formadas en líquidos, se pueden producir fácilmente tintas o pinturas para manipularlas a escala utilizando métodos de bajo costo como el recubrimiento por pulverización o la impresión por chorro de tinta.

Sin embargo, la producción de estas cintas es solo el primer paso hacia la revolución de las tecnologías mencionadas. Ahora es necesario realizar mucha investigación para probar las predicciones teóricas, e investigar hasta qué punto las propiedades de las cintas se pueden adaptar para aplicaciones específicas. Como los viajes de más de 20 años de teflón, baterías de litio, y Velcro nos muestra, el camino desde el descubrimiento hasta el uso puede ser largo. Pero con la sociedad alejándose cada vez más de los combustibles fósiles, esperamos que ese camino pronto esté bien transitado.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.