Las dos estructuras de la figura adjunta pueden parecerse a un par de barras de pesas, pero jam\u00e1s servir\u00edan para hacer ejercicios f\u00edsicos. En realidad, las mismas constituyen la representaci\u00f3n de unos tubos formados por 6 mil \u00e1tomos de carbono, el elemento qu\u00edmico que compone tambi\u00e9n el grafito o la mina de los l\u00e1pices. Esa cifra at\u00f3mica es muy poco, incluso cuando se la compara con la de una simple cabeza de alfiler, constituida por una cantidad de \u00e1tomos correspondiente al n\u00famero 1 seguido de 18 ceros. Estos cilindros, visibles en la imagen solamente porque han sido ampliados 30 millones de veces, forman parte de un mundo microsc\u00f3pico en el cual los fen\u00f3menos obedecen leyes que muchas veces escapan a la l\u00f3gica cotidiana, y en las que la unidad de medida es el nan\u00f3metro, la milmillon\u00e9sima parte de un metro. Las ‘pesas’, o los nanotubos, tal como se los denomina, hechos a base de una asociaci\u00f3n aleatoria de \u00e1tomos de carbono de vapor de grafito bombardeado por l\u00e1ser, miden 1,4 nan\u00f3metros de di\u00e1metro -aproximadamente 100 mil veces menos que el espesor de un pelo- y 8,2 nan\u00f3metros de longitud. Cada una de esas pesas est\u00e1 compuesta a decir verdad por dos nanotubos: uno externo y dentro de \u00e9ste uno menor, representado en amarillo en la imagen.<\/p>\n
En un art\u00edculo que lleg\u00f3 a la portada de la edici\u00f3n del 7 de febrero de\u00a0Physical Review Letters<\/em>, la m\u00e1s importante revista cient\u00edfica de f\u00edsica, un equipo integrado por f\u00edsicos de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) y de la Universidad Federal de Juiz de Fora (UFJF) demostr\u00f3 que el formato de la pesa es la forma m\u00e1s sencilla, aqu\u00e9lla que permite que ese conjunto de dos nanotubos funcione como un nanooscilador: un mecanismo en el cual, partiendo de un impulso inicial, el tubo menor se desplaza de un extremo al otro en un movimiento oscilatorio interminable, capaz de extenderse por un lapso de tiempo pr\u00e1cticamente indefinido.Los nanotubos ser\u00edan algo as\u00ed como los liliputienses, aquellos min\u00fasculos habitantes de Lilliput, la ciudad creada por el escritor irland\u00e9s Jonathan Swift en\u00a0Los Viajes de Gulliver<\/em>, frente al gigante que da nombre al libro.<\/p>\n Y en el papel de Gulliver se encuentran los actuales osciladores electr\u00f3nicos, 10 millones de veces mayores. Con tales dispositivos se logra actualmente generar o captar ondas electromagn\u00e9ticas como las utilizadas en las transmisiones de radio, televisi\u00f3n y telefon\u00eda celular. Otro ejemplo cotidiano de dispositivos con osciladores son las computadoras, en las cuales el clock, el indicador de velocidad, registra el n\u00famero promedio de operaciones que el procesador (el chip) es capaz de realizar en un segundo.Dentro de diez a\u00f1os, los nanoosciladores pueden llevar a una nueva generaci\u00f3n de equipos electr\u00f3nicos, en la que el carbono ocupar\u00eda el lugar del silicio como materia prima. A su vez, permitir\u00edan generar nuevos rangos de transmisi\u00f3n en telecomunicaciones y equipamientos electroelectr\u00f3nicos m\u00e1s r\u00e1pidos y durables, ya que se trata de un material sumamente resistente. Pero por ahora, las pesas existen solamente en el ambiente virtual.<\/p>\n Con todo, simbolizan una alternativa m\u00e1s eficiente, m\u00e1s econ\u00f3mica y m\u00e1s vers\u00e1til, capaz de operar en frecuencias casi 40 veces superiores a las de los osciladores actuales, llegando a los 38 gigahertz (GHz) -un hertz, que es la unidad de medida de frecuencia, corresponde a una oscilaci\u00f3n por segundo. “El gran m\u00e9rito de este trabajo fue superar la barrera de los gigahertz”, dice el f\u00edsico Douglas Soares Galv\u00e3o, de la Unicamp, que coordin\u00f3 el estudio, llevado a cabo por medio de simulaciones hechas en computadora.Los nanotubos ser\u00e1n viables en la medida en que se domine su tecnolog\u00eda de fabricaci\u00f3n, hoy en d\u00eda en fase inicial, y los costos de producci\u00f3n caigan -algo que es un poco m\u00e1s f\u00e1cil que suceda, ya que en algunos a\u00f1os expira un conjunto de patentes internacionales que llevar\u00eda a que el precio de los nanotubo cayese de los actuales 1.000 d\u00f3lares por miligramo a menos de 100 d\u00f3lares el kilo.<\/p>\n Una vez superados esos obst\u00e1culos, los nanotubos se usar\u00e1n para aplicaciones militares. Despojados de los cilindros de los extremos, funcionar\u00edan como nanoca\u00f1ones. Un nanotubo interno, lanzado a m\u00e1s de 1.500 metros por segundo -el equivalente a la velocidad de la bala de un fusil-, ser\u00eda como una especie de nanobala, venciendo as\u00ed a la fuerza que lo mantiene en el interior del tubo mayor, la llamada fuerza de Van der Waals, que explica la atracci\u00f3n rec\u00edproca entre mol\u00e9culas neutras (sin carga el\u00e9ctrica), como los nanotubos.La idea de usar simulaciones de computadora para analizar si los nanotubos funcionar\u00edan como osciladores surgi\u00f3 en junio pasado en el Instituto de F\u00edsica de la Unicamp, cuando se esgrimi\u00f3 la sospecha de que los resultados de un estudio publicado pocos meses antes podr\u00edan ser err\u00f3neos. En enero de 2002, Cuanshui Zheng, de la Universidad Tsinghua, China, y Qing Jiang, de la Universidad de California, Estados Unidos, sugirieron en\u00a0Physical Review Letters<\/em> que los nanotubos de carbono podr\u00edan generar nanoosciladores capaces de operar en varias frecuencias del orden de los gigahertz.<\/p>\n Ellos propusieron el uso de nanotubos un poco diferentes -el mayor de ellos sin cilindros en las puntas y con uno de los extremos cerrados. Asimismo, hab\u00edan hecho los c\u00e1lculos para el conjunto de nanotubos est\u00e1ticos sin tener en cuenta los efectos del aumento de la temperatura -que hace que los \u00e1tomos vibren m\u00e1s intensamente- ni del paso del tiempo, que permite conocer de qu\u00e9 forma se comportan los tubos durante el movimiento. Sergio Legoas, Scheila Braga y Vitor Coluci, del equipo de Galv\u00e3o, crearon los programas que generaban autom\u00e1ticamente las estructuras, realizaron las simulaciones de los nanoosciladores y por \u00faltimo demostraron que hab\u00eda un error en el modelo de los chinos. Tal como hab\u00eda sido planteado, el sistema de nanotubos no funcionar\u00eda: las simulaciones demostraron que el tubo interno, cuando empezaba a oscilar, se chocaba con la pared cerrada y comenzaba a vibrar, impidiendo as\u00ed la continuidaddel movimiento. La idea quellev\u00f3 al formato de una pesa surgi\u00f3 de un trabajo publicado enScience<\/em> dos a\u00f1os antes por Alexander Zettl y John Cumings, ambos de la Universidad de California en Berkeley.<\/p>\n En dicho estudio se demostraba experimentalmente que los nanotubos formados por m\u00faltiples capas manifestaban un movimiento oscilatorio: cuando se empujaba a un nanotubo m\u00e1s interno, \u00e9ste se desplazaba hacia afuera hasta casi escaparse, pero retornaba hacia el interior del nanotubo mayor si se lo mov\u00eda en sentido contrario -una evidencia de la acci\u00f3n de la fuerza de Van der Waals, que aumenta en forma proporcional al \u00e1rea del tubo interno expuesta fuera del nanotubo mayor. Al juntar los art\u00edculos con las simulaciones, el equipo brasile\u00f1o arrib\u00f3 a la conclusi\u00f3n de que lo m\u00e1s importante para permitir que el tubo interno se deslizase sin rozamiento en el interior del nanotubo mayor era el espacio libre entre ellos.<\/p>\n Mediante una serie de c\u00e1lculos, el grupo verific\u00f3 que el radio del tubo m\u00e1s externo deber\u00eda ser 3,4 angstrom (un angstrom corresponde a la d\u00e9cima parte de un nan\u00f3metro) mayor que el del interno. El problema estaba as\u00ed resuelto, pero solamente en parte. Si armasen el nanooscilador \u00fanicamente con base en esas informaciones, el nanotubo se parecer\u00eda a un ca\u00f1o con dos extremos abiertos y conteniendo una c\u00e1psula en su interior. Era necesario obtener una forma que impidiera la entrada de \u00e1tomos libres, que actuar\u00edan como impurezas y obstaculizar\u00edan el movimiento del tubo menor. “En tres meses llegamos al formato de la pesa, la conformaci\u00f3n m\u00e1s simple posible”, dice Galv\u00e3o. “Nadie cre\u00eda que existiera en la naturaleza un sistema como \u00e9se, capaz de funcionar casi sin rozamiento.”Con ese formato, y con esa distancia entre los tubos, el oscilador fue capaz de funcionar pr\u00e1cticamente sin perder energ\u00eda bajo la forma de calor, producida por el rozamiento entre las paredes. Pero a\u00fan no era suficiente.<\/p>\n Un mecanismo de esos debe ser capaz de funcionar a temperatura ambiente, es decir, a 25\u00ba Celsius. Al repetir las simulaciones, Galv\u00e3o constat\u00f3 que el sistema de nanotubos actuaba en manera estable no solamente a la temperatura de 0 Kelvin, correspondiente a -273\u00ba Celsius, utilizada en los c\u00e1lculos debido a que representa una de las condiciones en las que los \u00e1tomos pr\u00e1cticamente paran de vibrar. Permanec\u00eda siendo eficiente tambi\u00e9n a la temperatura de 400 Kelvin (127\u00ba Celsius), vibrando a una frecuencia de hasta 38 GHz. “En la simulaci\u00f3n, el nanooscilador funcionar\u00eda por un lapso indefinido, casi perpetuamente, sin que necesitase recibir un nuevo impulso”, dice Galv\u00e3o. “Pero en el mundo real, debido a que existen peque\u00f1as perturbaciones, el sistema deber\u00eda ser alimentado con muy poca energ\u00eda.”<\/p>\n Nanobalas De ese resultado que surgi\u00f3la idea de utilizar los nanotubos como un nanoca\u00f1\u00f3n. El equipo de Galv\u00e3o logr\u00f3 generar ecuaciones capaces de prever el impacto de una nanobala y actualmente lleva adelante experimentos -siempre en ambiente virtual- para aumentar el poder de fuego del proyectil. Los mejores resultados obtenidos se dieron cuando las mol\u00e9culas de cubanos son encapsuladas dentro del tubo interno. Los cubanos son mol\u00e9culas compuestas por ocho \u00e1tomos de carbono y ocho de hidr\u00f3geno que se unen formando un cubo -de all\u00ed su nombre. De cualquier forma, para que los nanoca\u00f1ones tengan una aplicaci\u00f3n militar efectiva -algo que por ahora sigue perteneciendo al terreno de la ficci\u00f3n-, ser\u00eda necesario reunir miles de millones de nanoca\u00f1ones en pocos cent\u00edmetros. De ese modo, si se los colocase en un sat\u00e9lite, los nanotubos podr\u00edan ser disparados contra un sat\u00e9lite enemigo, rearmando as\u00ed el hipot\u00e9tico escenario del programa de defensa estadounidense Guerra de las Galaxias, que cobr\u00f3 fuerzaen los a\u00f1os 80, durante la administraci\u00f3n del ex presidente Ronald Reagan. “Pero se necesitar\u00eda una cantidad muy grande de nanoca\u00f1ones para producir un impacto significativo, porque un solo nanoca\u00f1\u00f3n \u00fanicamente ser\u00eda eficaz contra un nanosat\u00e9lite”, bromea Galv\u00e3o.<\/p>\n El Proyecto<\/strong>
\n<\/strong>El equipo de investigadores de S\u00e3o Paulo y Minas Gerais trabaja ahora para descubrir una manera pr\u00e1ctica de poner al nanotubo interno del oscilador en movimiento. El planteo inicial, sugerido por los f\u00edsicos Pablo Coura y S\u00f3crates Dantas, de Juiz de Fora (Minas Gerais), consistir\u00eda en utilizar el campo magn\u00e9tico de una especie de electroim\u00e1n, para darle un empuj\u00f3n inicial al oscilador. Para tal fin, el tubo interno, pese a ser de carbono, deber\u00eda reaccionar como un metal, y el externo, como un material aislante. En las pruebas en las que se evaluaban la velocidad m\u00e1xima a la que el nanotubo interno podr\u00eda moverse sin escapar de la pesa, los f\u00edsicos descubrieron que el nanotubo interno era violentamente arrojado hacia fuera del oscilador al alcanzar la velocidad de 1.500 metros por segundo.<\/p>\n
\nEstudio Te\u00f3rico Sistem\u00e1tico de la Relaci\u00f3n Estructura-Funci\u00f3n en Pol\u00edmeros Conjugados de Inter\u00e9s Tecnol\u00f3gico<\/em>
\nMODALIDAD<\/strong>
\nProyecto tem\u00e1tico
\nCOORDINADORA<\/strong>
\nMar\u00edlia Junqueira Caldas – Instituto de F\u00edsica\/ Unicamp
\nINVERSI\u00d3N<\/strong>
\nR$ 384.613,83<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Investigadores de S\u00e3o Paulo y Minas Gerais muestran c\u00f3mo se pueden construir nanotubos de carbono que se deslizan casi sin rozamiento","protected":false},"author":16,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[],"coauthors":[105,417],"class_list":["post-76515","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/76515","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/16"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=76515"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/76515\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=76515"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=76515"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=76515"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=76515"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}