viernes, febrero 3, 2023

Material fabricable como un plástico pero que conduce electricidad como un metal

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Unos científicos han descubierto cómo fabricar un material en el que los fragmentos moleculares están mezclados y desordenados, pero que puede conducir la electricidad extremadamente bien. Esto va en contra de todas las reglas que conocemos sobre la conductividad eléctrica.

El logro es obra del equipo de Jiaze Xie, de la Universidad de Chicago en Estados Unidos.

Los materiales conductores de la electricidad son absolutamente imprescindibles para fabricar cualquier tipo de dispositivo eléctrico, 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, dominado por el cobre Luego, hace unos 50 años, se consiguió crear conductores hechos de materiales orgánicos, utilizando un tratamiento químico conocido como “dopaje”, que espolvorea diferentes átomos o electrones a través del material. Esto vuelve a los materiales más flexibles y fáciles de procesar, en comparación con los metales tradicionales sin procesar, 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.

En cualquier caso, 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, como los coches en una autopista. De hecho, los científicos pensaban que un material tenía que poseer estas filas rectas y ordenadas para conducir la electricidad con eficacia.

Entonces, Xie empezó a experimentar con algunos materiales descubiertos hace años, pero dejados de lado en gran medida por el sector de la ingeniería eléctrica. 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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Para asombro de los científicos, el material resultó ser capaz de conducir la electricidad con facilidad y gran eficacia. Además, es muy estable. “Lo calentamos, lo enfriamos, lo expusimos al aire y a la humedad, e incluso dejamos caer en él gotas de ácidos y de bases, y no pasó nada”, relata Xie. Es obvio que un material así resulta mucho más práctico de usar que materiales más delicados. Y además, la estructura molecular del material es desordenada, pese a lo cual conduce electricidad.

Xie y otros científicos se propusieron averiguar cómo el nuevo material puede conducir la electricidad. Tras pruebas, simulaciones y análisis teóricos, creen que el material forma capas, y que los electrones pueden seguir moviéndose horizontal o verticalmente, siempre que las piezas se toquen.

Una de las características más atractivas del nuevo material radica en sus nuevas opciones de procesamiento. Por ejemplo, suele ser necesario fundir a los metales para darles la forma adecuada en un chip u otro componente o dispositivo. Eso introduce limitaciones a lo que puede hacerse, ya que el resto de materiales tienen que ser capaces de soportar el calor necesario para fundir esos metales.

En cambio, 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 piezas del mismo soporten niveles extremos de calor, acidez, alcalinidad o humedad, haya limitado anteriormente las opciones de los ingenieros para desarrollar una nueva tecnología.

Xie y sus colegas exponen los detalles técnicos del nuevo material en la revista académica Nature, bajo el título “Intrinsic glassy-metallic transport in an amorphous coordination polymer”.

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