jueves, 29 de marzo de 2012

GENERAR ELECTRICIDAD CON PISADAS

Se ha presentado en Madrid de la mano del proyecto "keep walking project", promovido por Johnnie Walker, un  sistema que convierte la energía cinética en electricidad que se puede almacenar y utilizar para diferentes aplicaciones. Este proyecto ha resultado ganador en cuatro de los siete países en que se presentó.
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El sistema consiste en baldosas  dotadas de una luminaria central (que es lo que brilla con las pisadas) que cuentan con un revestimiento superior de goma cien por cien reciclada proveniente de neumáticos de automóvil,  la base  se construye con más de un 80% de materiales reciclados. El diseño permite su adaptación a los sistemas de suelos ya existentes.

Las baldosas son impermeables, lo que permite un funcionamiento eficaz tanto en interiores como al aire libre. Los emplazamientos ideales incluyen calles concurridas, nudos de transporte, oficinas, eventos, colegios y centros comerciales, por ello  se han diseñado para soportar entornos con alto tránsito de viandantes, al tiempo que proporcionan una función clave de generación de energía.

Este sistema es especialmente útil en lugares donde no son factibles las conexiones a la red eléctrica, o donde se necesitan soluciones de bajas emisiones de carbono. La energía producida se utiliza para aplicaciones no conectadas a la red eléctrica, como la iluminación de peatones, alumbrado público soluciones de señalización y publicidad

El 5% de la energía generada con esta tecnología ilumina la propia baldosa mientras que el 95% restante se almacena en baterías de muy poco tamaño, como pilas tradicionales, y sirve para alumbrar las farolas adyacentes, según explica el ingeniero responsable del proyecto, el británico Laurence Kemball.



Estas baldosas serían ideales para iluminar el pavimento en torno a monumentos como la Cibeles u otros edificios emblemáticos muy visitados por los turistas y por tanto con muchas pisadas.“si cada español diera un paso sobre las baldosas Pavegen se generaría suficiente energía como para iluminar un monumento tan característico de Madrid como el Palacio de correos durante más de 70 días" afirmó  Kemball en la rueda de prensa dada en su presentación en el edificio de Telefónica de Madrid

Según sus cálculos, si una de estas baldosas recogiera la energía de todos los pasos del mundo en un solo día, podría generar electricidad suficiente para dar luz a 25.000 hogares un año.

De hecho, la instalación de baldosas expuesta en Madrid ha funcionado con la energía acumulada de las recientes pisadas de cientos de personas en Bulgaria, en donde se presentó esta tecnología con anterioridad a España.


Más información www.pavegen.es

viernes, 23 de marzo de 2012

GRAFENO (II) PROPIEDADES Y USOS

A partir de su descubrimiento se comenzaron a investigar las características de este material encontrando que sus propiedades electrónicas son poco usuales lo cual puede permitir su uso en aplicaciones que posiblemente no fueran realizables con otros materiales.
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Alta conductividad eléctrica : que es empleada para crear pequeñísimos tubos (nanotubos) por donde fluye la corriente eléctrica. Además, al contrario que en otros sistemas bidimensionales que tengan pequeñas impurezas, en el grafeno los electrones no se pueden quedar aislados en zonas donde no puedan salir.
También en base a esta propiedad se están fabricando tintas conductoras basadas en el grafeno y que pueden ser utilizadas para imprimir antenas RFID con una impresora normal de chorro de tinta. Las etiquetas RFID son dispositivos destinados a la identificación de productos, como los clásicos y habituales “códigos de barras” pero con prestaciones muy superiores.(identificación por radiofrecuencia, por sus siglas en inglés)
Este año la empresa Vorbeck Materials lanzará en EEUU nuevos envases con un circuito conductor de grafeno totalmente integrado con el objeto de proteger los productos contra robo o el deterioro. 


Alta elasticidad (se expande más que cualquier otro material cristalino) y elevada resistencia (el material más resistente del mundo, aproximadamente unas 300 veces la del acero).
Esto significa que una hoja con el espesor típico de una bolsa de plástico podría soportar el peso de 2000 Kg. antes de romperse. Esto, junto su ligereza (similar a la de la fibra de carbono) le abre grandes posibilidades en el campo del blindaje y la seguridad personal


Elevada transparencia óptica: que junto a su conductividad eléctrica y su flexibilidad lo hace muy adecuado para la realización de pantallas táctiles ultrafinas.




Semiconductor a temperatura ambiente y que puede operar a escala nanométrica , con propiedades que ningún otro semiconductor ofrece,  que también es capaz de sobrevivir a la tensión a la que se ve sometido durante el proceso   utilizado para estampar conexiones eléctricas metálicas en los microprocesadores, (que ejerce una tensión que puede provocar el fallo de los chips), y al calentamiento generado por repetidas operaciones gracias a su  elevada conductividad térmica.
IBM  ha desarrollado ya un  nuevo transistor de grafeno capaz de operar hasta una frecuencia de 155GHz. Se trata de un componente que es como mínimo un 50% más rápido que su predecesor y que tiene una muy buena capacidad de eliminar el calor de su interior, por lo que no necesita ser refrigerado para operar a esa velocidad lo que apunta a que se podrán crear nuevos miniaturizados dispositivos electrónicos

El español Tomás Palacios, profesor del MIT, ha conseguido fabricar transistores de grafeno 10 veces más rápidos que los de silicio. Los chips del revolucionario material, de un átomo de espesor, podrían alcanzar velocidades de 1.000 GHz.


El grafeno puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, lo que dota a este material de gran potencial de desarrollo en todos los campos.
Un par de átomos de silicio incluidos en la estructura molecular del grafeno pueden comportarse como una especie de antena que permite construir dispositivos aptos para transmitir datos gracias a su capacidad para transformar la luz en energía eléctrica y viceversa.


Un nuevo tipo de memoria flash que combina el grafeno con el silicio para almacenar la información. La incorporación del grafeno a las memorias que conocemos como “flash” abrirá la puerta a dispositivos con mayor capacidad de almacenamiento, un menor tamaño y que soportan mayores temperatura.


Consume menos electricidad para una misma tarea que el silicio: Lo que propiciaría que las nuevas memorias  fueran “de bajo consumo”,  y que se extiendiera  la duración de cada recarga de baterías.


Soporta la radiación ionizante y presenta un menor efecto Joule, (se calienta menos al conducir los electrones)
Esto podría propiciar la aparición de discos duros del mismo tamaño de los de hoy día, pero capaces de almacenar 1.000 veces mas información. Científicos del Leibniz Institute for Solid State and Materials Research en Dresden, Alemania, acaban de inventar una novedosa técnica en donde es posible utilizar la estructura intrínseca del grafeno, para necesitar en el orden de 1.000 veces menos átomos para mantener una estructura lo suficientemente resistente como para aguantar los constantes cambios electromagnéticos requeridos para escribir y leer información.


Genera electricidad al ser alcanzado por la luz : Un dispositivo realizado con nanotubos de carbono puede convertir y almacenar la luz solar como energía química. De alguna manera, el invento del MIT se comporta como una batería cuyo “cargador” es ella misma, almacenando energía solar.

Presenta una elevada densidad : Aún no dejando pasar el helio (que se filtra lentamente incluso a través de una ventana de vidrio de un milímetro de grosor), sí deja pasar el agua, que estando en un recipiente de grafeno cerrado, se evapora prácticamente a la misma velocidad que si estuviese abierto, esta propiedad podría aprovecharse para el diseño de membranas para filtrado, separación o purificación de agua e incluso para destilación.

Otros posibles usos que se vislumbran:
Ultracondensadores destinados a usos en el ámbito energético. Estos dispositivos de almacenamiento de energía podrían ayudar al almacenar brotes repentinos de energía, lo cual sería muy útil para las energías renovables.
O como aditivo para los combustibles, ayudando a reducir su consumo.

¿Será el grafeno el material del futuro? ¿o simplemente será uno de tantos materiales que parece que asoman por esta nueva puerta abierta?



Fuentes:
fisica.uh.cu, wisphysics.es, neoteo.com, 

jueves, 8 de marzo de 2012

GRAFENO (I)

Imagen del Grafeno observado mediante un microscopio electrónico de transmisión
Fuente: http://www.wisphysics.es
Últimamente aparecen continuamente noticias en los medios de comunicación  sobre las posibles aplicaciones del grafeno, a cual más novedosa y espectacular, pero:

¿Sabemos qué es el grafeno?

Los átomos de carbono forman dos tipos de sólidos estables con propiedades físicas muy diferentes;  el diamante y el grafito. La diferencia es debida a la forma en que los átomos se ordenan a nivel microscópico. 
En el diamante (imagen derecha)  los átomos de carbono forman una malla tridimensional, entrelazada y compacta.  



Fuente:graphit gitter.png
En el grafito, mucho más blando, los átomos se ordenan en estructuras hexagonales similares a las de un panal de abejas.  Esas celdas están fuertemente enlazadas por los costados, formando capas bidimensionales (imagen izquierda).  Sin embargo, los enlaces entre capas adyacentes son muy débiles, de manera que cada capa se desliza fácilmente respecto a las demás. De ahí proviene la ‘blandura’ del grafito, que deja fácilmente una huella en el papel y nos permite escribir con él.  
Cada una de esas capas de carbono, esté o no integrada al grafito, es una capa de grafeno.

Lo cierto es que el grafeno de material nuevo tiene bastante poco. Para comprender el grafito y sus derivados, los físicos llevaban 50 años estudiando las propiedades matemáticas del grafeno. Una de ellas era precisamente la de que un material así no podía existir. Se pensaba que, si se conseguía aislar una sola capa de grafito, estaría tan llena de defectos que sería inestable a temperatura ambiente. Se llegó incluso a calcular la estructura de sus bandas electrónicas.

El descubrimiento de 2004 consistió en lograr obtener el grafeno separado de la estructura del grafito.  Se obtuvo así un nuevo material, constituido por una sola capa de dos dimensiones  de carbono, con propiedades físicas muy diferentes a las del grafito volumétrico.  El espesor de una capa de grafeno es de un átomo y es tal que un solo gramo bastaría para cubrir totalmente un campo de fútbol.  Aún así esto implica una alta densidad de átomos y hace que ni siquiera el helio pueda atravesar la red de grafeno.
¿Cómo fué descubierto?
En 2004, el físico Andre Geim, de la Universidad de Manchester, buscaba una nueva línea de investigación para un estudiante de doctorado que acababa de llegar. No siempre es fácil tener a mano un tema nuevo. Konstantin Kostya Novoselov, que así se llamaba el recién llegado, iba a aparecer en su despacho en cualquier momento y no sabía qué ofrecerle.
Entonces tuvo una idea. Otro de sus estudiantes estaba investigando el grafito. Para el estudio de este material, es necesario que su superficie esté lo más pulida y limpia posible. Para ello, en estos laboratorios de alta tecnología se usa un método bastante rudimentario. Simplemente se pega un trozo de cinta adhesiva sobre la muestra y se tira con garbo. 

Andre Geim y Konstantin Novoselov. Nobel de Física de 2010 . Foto EFE
De esta forma se arrancan las capas más superficiales, que suelen estar dañadas y contaminadas, y se analiza el grafito restante. Las cintas de celo usadas para el pulido se tiran sin más. Sin embargo, en un giro genial, a Andre se le ocurrió mirar en esa otra dirección, la de los restos pegados al celo, y proponerle a Kostya el estudio de las capas de grafito que normalmente se desechan. Lo que ninguno de los dos se imaginaba es que, entre los cientos de laminillas pegadas a la cinta, algunas serían monocapas cristalinas de grafito, o sea, grafeno, cuyas propiedades revolucionarían la física de los materiales.

El hallazgo del grafeno fue, sin lugar a dudas, algo sorprendente. Hasta ese momento, tanto la teoría como el experimento indicaban que no era posible la existencia de estructuras cristalinas bidimensionales desligadas del cristal volumétrico.  Los cálculos indicaban que tal estructura sería inestable, y que tendría que colapsar para formar una estructura tridimensional normal.

En términos un poco más de andar por casa y de forma simplificada, si pintáis con un lápiz en una hoja de papel, pegáis un poco de celofán y luego lo despegáis, en la pequeña capa que queda pegada en el celofán están vuestras láminas de grafeno. Sorprendente, ¿verdad?

Fuentes:
fisica.uh.cu, wisphysics.es, neoteo.com, elpais.com, larazon.es