Los pron\u00f3sticos para el desarrollo futuro de \u00e1reas tales como la electroelectr\u00f3nica, la computaci\u00f3n o cualquier otro segmento industrial no ser\u00e1n completos si los instrumentos, las piezas o cualquier tipo de desarrollo no llegan a medirse en nan\u00f3metros, una unidad de medida comparable al tama\u00f1o de las partes de un pelo, dividido por 100 mil. Una de las proyecciones que se implementar\u00e1 m\u00e1s r\u00e1pidamente en las computadoras y artefactos electr\u00f3nicos, es decir, durante los pr\u00f3ximos 20 a\u00f1os, es el uso de nanoalambres met\u00e1licos, para hacer la conexi\u00f3n entre componentes de un chip o de una placa de circuito integrado. Hasta ahora son muchos los estudios que se realizan en tal sentido en todo el mundo, que apuntan ese camino para facilitar m\u00e1s todav\u00eda la miniaturizaci\u00f3n de los circuitos y volver m\u00e1s r\u00e1pida la capacidad de procesamiento de equipos electr\u00f3nicos. Pero incluso antes de que esos nanoalambres o nanocables lleguen a los ambientes industriales, est\u00e1n surgiendo las nanopistas de cer\u00e1mica, que surgen como una opci\u00f3n prometedora en medio a toda esta carrera tecnol\u00f3gica.<\/p>\n
“Las nanopistas\u00a0 o nanocintas tiene la ventaja de no que se funden, tal como sucede con los nanoalambres met\u00e1licos. Puede somet\u00e9rselas a altas potencias de corriente el\u00e9ctrica sin que por ello se quiebren. Soportan diez veces m\u00e1s densidad de corriente que un nanohilo de oro, por ejemplo”, afirma el f\u00edsico Marcelo Ornaghi Orlandi, del equipo de investigadores de la Universidad Federal de S\u00e3o Carlos (UFSCar), quien desarroll\u00f3 nuevos tipos de nanopistas de cer\u00e1mica. Este grupo tambi\u00e9n forma parte del Centro Multidisciplinario de Desarrollo de Materiales Cer\u00e1micos (CMDMC), uno de los Centros de Investigaci\u00f3n, Innovaci\u00f3n y Difusi\u00f3n (Cepid) financiados por la FAPESP.<\/p>\n
La nanopista desarrollada en S\u00e3o Carlos es la primera en el mundo con este formato, de acuerdo con los investigadores. Hasta ahora, \u00fanicamente exist\u00edan pel\u00edculas delgadas de este material, que se elabora con un semiconductor, en este caso el \u00f3xido de indio (InO3), dopado con esta\u00f1o (SnO2), otro metal. Esto significa que algunos \u00e1tomos de la mol\u00e9cula de indio fueron reemplazados por otros de esta\u00f1o. El material dopado, llamado ITO, de Indium Tin Oxide, nombre del \u00f3xido de indio dopado con esta\u00f1o, se convierte as\u00ed en conductor de la corriente el\u00e9ctrica. Las pel\u00edculas de ITO, debido a su caracter\u00edstica de ser transparentes, se adecuan para funcionar como antiempa\u00f1ante de vidrios en autom\u00f3viles. Al recibir una peque\u00f1a corriente el\u00e9ctrica se calientan y eliminan el empa\u00f1ado. El problema radica en que estas pel\u00edculas son por ahora caras para este tipo de instalaci\u00f3n.<\/p>\n
Alta carga Las nanopistas de cer\u00e1mica miden entre 40 y 800 nan\u00f3metros de ancho y de 4 a 100 nan\u00f3metros de espesor, y aun con ese tama\u00f1o, suministran una alta densidad de corriente el\u00e9ctrica. Esto sucede porque las nanopistas poseen excelentes caracter\u00edsticas cristalinas, con poca concentraci\u00f3n de imperfecciones. De esta manera, las mismas permiten una conducci\u00f3n de electrones con muy baja dispersi\u00f3n, facilitando as\u00ed la obtenci\u00f3n de transistores de alto desempe\u00f1o. Los investigadores han testeado con \u00e9xito la nanopista cer\u00e1mica con 1 ampere de corriente el\u00e9ctrica. Esto equivale a una densidad de aproximadamente 15 millones de amperes por cent\u00edmetro cuadrado, la corriente suficiente como para fundir un alambre de cobre de 0,025 mil\u00edmetro de di\u00e1metro, mientras que la nanopista, de 0,00008 mil\u00edmetro, no se quiebra.<\/p>\n La garant\u00eda de la patente Otra ventaja del nuevo material es su proceso de elaboraci\u00f3n, que es mucho m\u00e1s barato que otras formas utilizadas por investigadores de todo el mundo para producir nanomateriales dopados. “Nosotros empleamos un m\u00e9todo qu\u00edmico controlado, en lugar de los m\u00e9todos f\u00edsicos, que utilizan haces de l\u00e1ser, mucho m\u00e1s caros”, afirma Longo. En el mundo existen pel\u00edculas de ITO producidas en hornos, pero la innovaci\u00f3n del grupo de S\u00e3o Carlos consisti\u00f3 en producir ese material en forma de nanopistas. “Hicimos la s\u00edntesis de las nanopistas de ITO a 1.100\u00b0C, una temperatura considerada baja para el crecimiento del material y para el control del dopaje”, dice Orlandi. El dopaje, que es la introducci\u00f3n de \u00e1tomos en una mol\u00e9cula, se hace dentro de un horno donde se a\u00f1aden los \u00f3xidos de esta\u00f1o y de indio, junto con el carbono. Durante la quema, el carbono reacciona con los \u00f3xidos, formando gases de \u00f3xido de esta\u00f1o y \u00f3xido de indio. Luego interact\u00faa con el ox\u00edgeno para formar ITO en la regi\u00f3n fr\u00eda del horno, con un control preciso de temperatura y presi\u00f3n.<\/p>\n El uso de nanopistas es por ahora un proyecto industrial de mediano plazo, para dentro de unos 20 a\u00f1os. Simult\u00e1neamente a la disminuci\u00f3n del tama\u00f1o de esos dispositivos, ser\u00e1 necesario desarrollar t\u00e9cnicas de nanomanipuleo, pues el control sobre la posici\u00f3n de las nanopistas o los nanocables conductores en un circuito electr\u00f3nico es una tarea sumamente ardua e industrialmente impensable en la actualidad. “Otro problema que limita el uso de las nanopistas, que son objeto de estudios avanzados, est\u00e1 en los dispositivos electr\u00f3nicos, donde la uni\u00f3n de los circuitos no es tan eficiente como con los alambres de tama\u00f1os macrosc\u00f3picos. El calor producido por el alto valor de corriente el\u00e9ctrica hace que se corten los nanocables met\u00e1licos”, diz Orlandi. “Con el tiempo, estos nanocables tambi\u00e9n sufren un proceso de oxidaci\u00f3n y no soportan las grandes densidades de carga el\u00e9ctrica”, dice Longo. Por eso los cient\u00edficos apuestan al estudio y el desarrollo de las cer\u00e1micas a escala nanom\u00e9trica.<\/p>\n Sensor de humo<\/em><\/strong><\/p>\n A diferencia de las nanopistas, que constituyen una apuesta con visi\u00f3n de futuro, un otro compuesto cer\u00e1mico de alto contenido tecnol\u00f3gico podr\u00e1 salir al mercado de manera m\u00e1s r\u00e1pida. Es un sensor de gases t\u00f3xicos desarrollado por el Cepid Cer\u00e1mica. Este dispositivo tiene como funci\u00f3n principal informar sobre el despe\u00f1o de un catalizador automotor. Dicho catalizador es una pieza tambi\u00e9n fabricada con cer\u00e1mica, que va acoplada al escape de los veh\u00edculos para transformar los gases que el motor produce, como el mon\u00f3xido de carbono (CO) y \u00f3xido de nitr\u00f3geno (NOx), para que queden as\u00ed en forma de nitr\u00f3geno (N2) totalmente inerte, y di\u00f3xido de carbono (CO2), menos contaminante que el CO. Los investigadores, coordinados por los profesores Edson Leite y Elson Longo, desarrollaron el sensor para que detecte los gases CO y NOx cuando el catalizador presente fallas. El sensor, instalado junto con el catalizador en el ca\u00f1o de escape, detecta la presencia de los dos gases nocivos y env\u00eda una se\u00f1al electr\u00f3nica al tablero del veh\u00edculo. Otra forma de uso es la producci\u00f3n de peque\u00f1os aparatos, que pueden acoplarse a la boca de escape, tanto para las pruebas de la polic\u00eda de tr\u00e1nsito como en los talleres mec\u00e1nicos. “En el caso de la polic\u00eda de tr\u00e1nsito, ser\u00eda como el medidor de alcohol en el aliento de las personas, pero para el coche”, dice Elson Longo. Los veh\u00edculos que emanan gases m\u00e1s all\u00e1 de los niveles aceptables de acuerdo con la legislaci\u00f3n pueden caratularse dentro de lo que se considera como delito ambiental, con multas que van de los 500 a los 10 mil reales.<\/p>\n El sensor se fabrica mediante el empleo de \u00f3xido de esta\u00f1o con part\u00edculas nanom\u00e9tricas, que miden 8 nan\u00f3metros y son capaces de soportar las altas temperaturas de un motor, de entre 400\u00b0C y 500\u00b0C, sin que se modifiquen sus caracter\u00edsticas f\u00edsicas. “Desarrollamos un m\u00e9todo donde el esta\u00f1o fue dopado con elementos llamados tierras raras, como el cerio (Ce), el lantanio (La) y el metal itrio (Y) para dotar de estabilidad a las nanopart\u00edculas”, dice Leite. El sensor funciona mediante la acci\u00f3n de los gases sobre su superficie, modificando sus caracter\u00edsticas el\u00e9ctricas y emitiendo una se\u00f1al el\u00e9ctrica que puede convertirse en se\u00f1al luminosa o sonora.<\/p>\n El dispositivo, que se encuentra en fase de pruebas en la Escuela de Ingenier\u00eda de S\u00e3o Carlos de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP), y presenta todav\u00eda problemas de funcionalidad en un ambiente extremadamente sucio como es el escape de un autom\u00f3vil, cuenta con chances de interesarles a cuatro empresas que producen catalizadores en Brasil. En lo atinente a la parte esencialmente acad\u00e9mica, el trabajo con el sensor ha generado 15 art\u00edculos en revistas internacionales, y tres doctorados. El primer art\u00edculo, publicado en la revista Advanced Materials, en 2000, fue considerado como uno de los m\u00e1s citados (entre el 1% que configura los m\u00e1s citados) en el \u00e1rea durante tres a\u00f1os. Desde 2000, fueron 51 citas en el \u00e1rea de nuevos materiales.<\/p>\n Los proyectos<\/strong>
\n<\/strong>La primera nanopista del Cepid Cer\u00e1mica posee en su mol\u00e9cula un 85% de \u00f3xido de indio y un 15% de \u00f3xido de esta\u00f1o. Con \u00e9sta es posible interconectar componentes con un buen nivel de paso de corriente el\u00e9ctrica. “Las nanocintas ser\u00e1n \u00fatiles all\u00ed donde exista la necesidad de contar con una alta capacidad de potencia el\u00e9ctrica, en las conexiones de circuitos”, dice Orlandi. Podr\u00e1n adaptarse al actual proceso de fabricaci\u00f3n de circuitos integrados, pues la cer\u00e1mica resiste a las sustancias corrosivas utilizadas en este proceso. Las nanopistas tambi\u00e9n ser\u00e1n \u00fatiles en la construcci\u00f3n y en las conexiones entre transistores, que son ampliadores de las se\u00f1ales el\u00e9ctricas. En las computadoras, por ejemplo, cada chip carga varios min\u00fasculos transistores en su interior, y las nanopistas har\u00e1n las conexiones entre ellos, permiti\u00e9ndoles funcionar a velocidades de procesamiento m\u00e1s r\u00e1pidas, alrededor de diez veces m\u00e1s que las actuales. As\u00ed, una computadora podr\u00eda funcionar a 30 gigahertz (GHz), en lugar de a los actuales 3 GHz. Cuanto mayor sea la frecuencia, mayor es el procesamiento de la informaci\u00f3n en el circuito de un celular, de una computadora o de un televisor.<\/p>\n
\n<\/strong>Los resultados de la nanopista aparecieron en octubre de 2004, en el marco de un congreso de la Sociedad de Investigaci\u00f3n de Materiales (MRS, por sus siglas en ingl\u00e9s), en Boston, Estados Unidos, y llamaron la atenci\u00f3n de un representante de una multinacional japonesa. “Sin embargo, nosotros est\u00e1bamos preparando la patente para el dep\u00f3sito en el Instituto Nacional de Propiedad Industrial (INPI) de Brasil, por eso no les hemos suministrado todav\u00eda las informaciones m\u00e1s precisas que ellos nos est\u00e1n pidiendo”, dice Orlandi. “Ahora podemos negociar, pues tenemos un a\u00f1o, de acuerdo con las normas mundiales, para depositar la patente en otros pa\u00edses”, dice el profesor Elson Longo, coordinador del CMDMC, quien sali\u00f3 recientemente del cuerpo docente de la UFSCar, y ahora est\u00e1 vinculado al Instituto de Qu\u00edmica de la Universidad Estadual Paulista (Unesp) de Araraquara. Ambas universidades y el Instituto de Investigaciones Energ\u00e9ticas y Nucleares (Ipen, por sus siglas en portugu\u00e9s) forman el Cepid Cer\u00e1mica.<\/p>\n
\n1. Nanopistas conductoras
\n2. Sensores de gases t\u00f3xicos
\nModalidad
\n<\/strong><\/em>Centros de Investigaci\u00f3n, Innovaci\u00f3n y Difusi\u00f3n (Cepid)
\nCoordinador
\n<\/strong><\/em>Elson Longo \u2013 Centro Multidisciplinario para el Desarrollo de Materiales Cer\u00e1micos (CMDMC)
\nInversi\u00f3n
\n<\/em><\/strong>R$ 1.200.000,00 por a\u00f1o, para todo el CMDMC<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Nuevas nanopistas de cer\u00e1mica pueden hacer conexiones en circuitos y transistores","protected":false},"author":10,"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":[192],"tags":[],"coauthors":[97],"class_list":["post-80328","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/80328","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\/10"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=80328"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/80328\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=80328"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=80328"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=80328"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=80328"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}