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

Habíamos estado tratando de separar capas de cristales de fósforo en láminas bidimensionales. En lugar de eso, nuestra técnica creó pequeñas cintas tipo tagliatelle de un solo átomo de espesor y solo 100 o más átomos, pero de hasta 100,000 átomos de longitud. Pasamos tres años perfeccionando el proceso de producción, antes de anunciar nuestros hallazgos .

Las cintas bidimensionales tienen una serie de propiedades notables. Su relación de ancho a largo es similar a los cables que atraviesan el puente Golden Gate. Su ancho increíblemente uniforme pero manipulable permite que sus propiedades, como la forma en que conducen la electricidad y cómo hacerlo, se puedan ajustar. También son increíblemente flexibles, lo que significa que pueden seguir los contornos de cualquier superficie en la que estén colocados a la perfección, e incluso ser retorcidos.

Potencial transformador

Más de 100 artículos científicos predijeron el potencial transformador de estos nanocintas, si fuera posible crearlos, a través de una gama de tecnologías, algunos hasta cinco años antes de la publicación de nuestro descubrimiento en la Naturaleza .

Quizás el más importante de estos esté en el área de tecnología de baterías . La estructura corrugada de los nanocintas de fosforeno significa que los iones cargados que alimentan las baterías pronto podrían moverse hasta 1000 veces más rápido que lo que actualmente es posible. Esto significaría una disminución significativa en el tiempo de carga, junto con un aumento en la capacidad de aproximadamente el 50%. Estas mejoras en el rendimiento proporcionarían aumentos masivos a las industrias de automóviles y aeronaves eléctricas, y nos permitirían aprovechar mucho mejor la energía renovable para eliminar la dependencia de los combustibles fósiles incluso en días grises y tranquilos.

También significa que en el futuro, las baterías podrían 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 . El sodio, por el contrario, es abundante y barato.

El campo de la electrónica también puede estar agradecido por los nanocintas. La ley de Moore observa que el poder de procesamiento de la computadora se duplica cada dos años, pero esta tasa corre el peligro de disminuir a medida que se acercan rápidamente los límites físicos de los materiales. El uso de materiales ‘2D’ como el nuestro podría redefinir estos límites, lo que nos permite crear dispositivos cada vez más pequeños y más rápidos.

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

La flexibilidad y las propiedades termoeléctricas de los nanoribbons de fosforeno significan que también podrían integrarse en telas portátiles y utilizarse para convertir el calor residual en electricidad útil . Por ejemplo, pronto podríamos ver camisetas termoeléctricas que funcionan como monitores del nivel de azúcar en la sangre y en el corazón, todos alimentados solo por el calor corporal.

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

De manera alentadora, los nanocintas de fosforeno ya han navegado por los principales obstáculos en la ruta 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. Sumado a esto, el fósforo es un material relativamente abundante y fácil de extraer 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 anteriores. 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 lo demuestran los más de 20 años de viajes de teflón, baterías de litio y Velcro, el camino desde el descubrimiento hasta el uso puede ser largo. Pero como la sociedad se está alejando cada vez más de los combustibles fósiles, esperamos que ese camino pronto sea transitado.

https://theconversation.com/we-accidentally-created-a-new-wonder-material-that-could-revolutionise-batteries-and-electronics-115347