Desarrollan un material similar a la plastilina que conduce la electricidad como si fuera un metal - World Energy Trade

Desarrollan un material similar a la plastilina que conduce la electricidad como si fuera un metal

Desarrollan un material similar a la plastilina que conduce la electricidad como si fuera un metal

Para su asombro, el material conducía la electricidad con facilidad y fuerza. Además, era muy estable.

Investigación, Desarrollo e Innovación

El descubrimiento podría ser de extraordinaria importancia, ya que señalaría el camino hacia una nueva clase de materiales en el campo de los polímeros para la electrónica y otros dispositivos.

Los científicos de la Universidad de Chicago han descubierto una forma de crear un material que puede fabricarse como un plástico, pero que conduce la electricidad más bien como un metal. La investigación, publicada el 26 de octubre en Nature, muestra cómo fabricar un tipo de material en el que los fragmentos moleculares están revueltos y desordenados, pero que aun así puede conducir la electricidad extremadamente bien.

Esto va en contra de todas las reglas que conocemos sobre la conductividad; para un científico, es como ver un vehículo que circula por el agua y sigue yendo a 70 mph. Pero el hallazgo también podría ser extraordinariamente útil; si se quiere inventar algo revolucionario, el proceso suele empezar por descubrir un material completamente nuevo.

"En principio, esto abre el diseño de toda una nueva clase de materiales que conducen la electricidad, son fáciles de moldear y son muy robustos en condiciones cotidianas", dijo John Anderson, profesor asociado de química en la Universidad de Chicago y autor principal del estudio.

"Esencialmente, sugiere nuevas posibilidades para un grupo de materiales de gran importancia tecnológica", dijo Jiaze Xie, primer autor del trabajo.


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No hay una teoría sólida que lo explique

Los materiales conductores son absolutamente esenciales para fabricar cualquier tipo de dispositivo electrónico, ya sea un iPhone, un panel solar o un televisor. El grupo más antiguo y numeroso de conductores es, con mucho, el de los metales: cobre, oro y aluminio.

Luego, hace unos 50 años, los científicos lograron crear conductores hechos de materiales orgánicos, utilizando un tratamiento químico conocido como "dopaje", que espolvorea diferentes átomos o electrones a través del material. Esto es ventajoso porque estos materiales son más flexibles y fáciles de procesar que los metales tradicionales, pero el problema es que no son muy estables; pueden perder su conductividad si se exponen a la humedad o si la temperatura se eleva demasiado.

Pero fundamentalmente, tanto estos conductores orgánicos como los metálicos tradicionales comparten una característica común. Están formados por filas de átomos o moléculas rectas y muy juntas. Esto significa que los electrones pueden fluir fácilmente a través del material. De hecho, los científicos pensaban que un material tenía que tener estas filas rectas y ordenadas para conducir la electricidad con eficacia.

Entonces, Xie empezó a experimentar con algunos materiales descubiertos hace años, pero ignorados en gran medida. Colocó átomos de níquel como perlas en una cadena de cuentas moleculares hechas de carbono y azufre, y empezó a hacer pruebas.

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Figura 1. Estructura de los materiales nikel, carbono y azufre a nivel atómico.

Para asombro de los científicos, el material conducía la electricidad con facilidad y fuerza. Además, era muy estable. "Lo calentamos, lo enfriamos, lo expusimos al aire y a la humedad, e incluso goteamos ácido y base sobre él, y no pasó nada", dijo Xie. "Esto es enormemente útil para un dispositivo que tiene que funcionar en el mundo real".

Lo más sorprendente para los científicos es que la estructura molecular del material era desordenada. "Desde un punto de vista fundamental, eso no debería poder ser un metal", dijo Anderson. "No hay una teoría sólida que lo explique".

Xie, Anderson y su laboratorio trabajaron con otros científicos de la universidad para tratar de entender cómo el material puede conducir la electricidad. Tras pruebas, simulaciones y trabajos teóricos, creen que el material forma capas, como las láminas de una lasaña. Aunque las láminas giren lateralmente, dejando de formar una pila de lasaña ordenada, los electrones pueden seguir moviéndose horizontal o verticalmente, siempre que las piezas se toquen.

El resultado final no tiene precedentes para un material conductor. "Es casi como la plastilina conductora: se puede aplastar en su sitio y conduce la electricidad", dijo Anderson.


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Los científicos están entusiasmados porque el descubrimiento sugiere un principio de diseño fundamentalmente nuevo para la tecnología electrónica. Los conductores son tan importantes que prácticamente cualquier nuevo desarrollo abre nuevas líneas para la tecnología, explicaron.

Una de las características más atractivas del material son las nuevas opciones de procesamiento. Por ejemplo, los metales suelen tener que fundirse para darles la forma adecuada a un chip o dispositivo, lo que limita lo que se puede hacer con ellos, ya que otros componentes del dispositivo tienen que ser capaces de soportar el calor necesario para procesar estos materiales.

El nuevo material no tiene esa restricción porque puede fabricarse a temperatura ambiente. Además, puede utilizarse en aquellos casos en los que la necesidad de que un dispositivo o unas piezas del mismo soporten el calor, la acidez o la alcalinidad, o la humedad ha limitado anteriormente las opciones de los ingenieros para desarrollar una nueva tecnología.

El equipo también está explorando las diferentes formas y funciones que podría tener el material. "Creemos que podemos hacerlo bidimensional o tridimensional, hacerlo poroso o incluso introducir otras funciones añadiendo diferentes enlazadores o nodos", dijo Xie.

 

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