Cada época en la historia de la civilización humana tiene un material distintivo, de la Edad de Piedra, a la Edad del Bronce y del Hierro. Incluso podríamos llamar a la sociedad actual impulsada por la información la era del silicio.

Desde la década de 1960, nanoestructuras de silicio, los componentes básicos de los microchips, han sobrealimentado el desarrollo de la electrónica, comunicaciones, fabricación, medicamento, y más.

¿Qué tan pequeñas son estas nanoestructuras? Muy, muy pequeño:caben al menos 3, 000 transistores de silicio en la punta de un cabello humano. Pero hay un límite:por debajo de unos 5 nanómetros (5 millonésimas de milímetro), Es difícil seguir mejorando el rendimiento de los dispositivos de silicio.

Entonces, si estamos a punto de agotar el potencial de los nanomateriales de silicio, ¿Cuál será nuestro próximo material de firma? Ahí es donde entran los "atomateriales".

¿Qué son los atomateriales?

"Atomaterials" es la abreviatura de "materiales atómicos, "llamado así porque sus propiedades dependen de la configuración precisa de sus átomos. Es un campo nuevo pero en rápido desarrollo.

Un ejemplo es el grafeno, que está hecho de átomos de carbono. A diferencia del diamante, en el que los átomos de carbono forman una estructura tridimensional rígida, el grafeno está hecho de una sola capa de átomos de carbono, unidos entre sí en una celosía de panal bidimensional.

La estructura rígida del diamante es la razón de su célebre dureza y longevidad, lo que lo convierte en el material perfecto para brocas de alta gama y joyas caras. A diferencia de, La forma bidimensional de los átomos de carbono en el grafeno permite que los electrones viajen sin fricción a alta velocidad, lo que proporciona una conductividad ultra alta y una resistencia mecánica excepcional en el plano. Por lo tanto, el grafeno tiene amplias aplicaciones en medicamentos, electrónica, almacen de energia, procesamiento de luz, y filtración de agua.

Usando láseres, podemos modelar estas estructuras atómicas en dispositivos miniaturizados con un rendimiento excepcional.

Usando atomateriales, nuestro laboratorio ha estado trabajando en una variedad de innovaciones, en diversas etapas de desarrollo. Incluyen:

• Una película mágica de enfriamiento . Esta película puede enfriar el medio ambiente hasta 10 ℃ sin usar electricidad. Al integrar una película de este tipo en un edificio, la electricidad utilizada para el aire acondicionado se puede reducir en un 35%, y los apagones de electricidad durante el verano se detuvieron efectivamente. Esto no solo ahorrará facturas de electricidad, sino que también reducirá las emisiones de gases de efecto invernadero.
• Película absorbente de calor . Aproximadamente el 97% del agua de la Tierra está en los océanos, y es salado e inutilizable sin un procesamiento costoso. La eliminación eficiente de la sal del agua de mar podría ser una solución a largo plazo para la creciente escasez mundial de agua dulce. Con una película de grafeno alimentada por energía solar, este proceso se puede hacer muy eficiente.

La película absorbe casi toda la luz solar que incide sobre ella y la convierte en calor. La temperatura se puede aumentar a 160 ℃ en 30 segundos. Este calor puede luego destilar agua de mar con una eficiencia superior al 95%, y el agua destilada es más limpia que el agua del grifo. Esta tecnología de bajo costo puede ser adecuada para aplicaciones domésticas e industriales.

• Película de detección inteligente . Estas películas de atomateriales flexibles pueden incorporar una amplia gama de funciones, incluida la detección ambiental, comunicación, y almacenamiento de energía. Tienen una amplia gama de aplicaciones en el sector sanitario, Deportes, fabricación avanzada, agricultura, y otros. Por ejemplo, Las películas inteligentes podrían monitorear la humedad del suelo cerca de las raíces de las plantas. contribuyendo así a que la agricultura sea más eficiente en el uso del agua.
• Ultradelgado lentes ultraligeros . La parte más voluminosa de la cámara de un teléfono móvil es la lente, porque necesita ser de vidrio grueso con propiedades ópticas particulares. Pero los lentes hechos con grafeno pueden tener meras millonésimas de milímetro de espesor, y seguir ofreciendo una excelente calidad de imagen. Tales lentes podrían reducir en gran medida el peso y el costo de todo, desde teléfonos hasta satélites espaciales.
• Fuente de alimentación casi instantánea . Hemos desarrollado un supercondensador ecológico a partir de grafeno que carga dispositivos en segundos, y tiene una vida útil de millones de ciclos de carga. Al colocarlo en la parte posterior de una celda solar, puede almacenar y suministrar energía solar cuando y donde sea necesario. Serás libre y verdaderamente móvil.

¿A dónde vamos ahora?

Algunas de estas tecnologías de laboratorio pueden tardar años en materializarse. Para intentar acelerar el proceso, Creamos CTAM Global OpenLab para interactuar con la industria, academia, gobierno y la comunidad en general y promover el intercambio y la colaboración. El laboratorio se lanzó a principios de este mes en la Conferencia Internacional sobre Ciencias y Aplicaciones de Nanomateriales y Atomateriales (ICNASA2020).

El mundo se enfrenta a desafíos apremiantes, del cambio climático, a la escasez de energía y recursos, a nuestra salud y bienestar.

La innovación de materiales es más vital que nunca y debe ser más eficiente, impulsado por el diseño y respetuoso con el medio ambiente. Pero estos desafíos solo pueden resolverse mediante el esfuerzo conjunto de investigadores de todo el mundo, empresa, la industria y el gobierno con una mentalidad abierta y compartida.

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