Hace ya años que se lleva hablando se los nanotubos de carbono y su potencial utilización en aplicaciones inusuales, entre las que se incluyen cables de gran resistencia para ascensores espaciales, líneas de transmisión eléctrica robustas y ordenadores de nanotubos de alto rendimiento. Para todo esto quizá haya que esperar una década, pero una serie de avances conseguidos durante este año hacen que suene un poco menos a fantasía y más a realidad.

Un grupo de investigadores de la Universidad Rice han refinado unos métodos para hilar soluciones ácidas de nanotubos de carbono y crear fibras de cientos de metros de largo (“Conversión de nanotubos de carbono en fibras de gran longitud“). Su proceso, que se podría utilizar a escala industrial (es similar al modo en que se produce el Kevlar), es la culminación de ocho años de trabajo comenzados por Richard Smalley, que compartió el Premio Nobel de química en 1996 por el descubrimiento de los nanomateriales de carbono. Para poder fabricar las líneas de transmisión eléctrica, los investigadores aún tienen que perfeccionar un proceso para el cultivo de lotes de nanotubos metálicos puros. Hoy día se producen mezclados con tubos semiconductores, y ambos tienen que ser separados. Aún así, la demostración de Rice relativa a la transformación de nanotubos en estructuras de gran tamaño es un logro significativo.

En cuanto a los componentes eléctricos con nanotubos, el año comenzó con fuerza. La compañía Unidym, dedicada a la fabricación de electrodos transparentes a partir de nanotubos de carbono, hizo una demostración de sus productos, y compañías como Samsung los pusieron a prueba en sus pantallas (“Películas Transparentes de Nanotubos de Carbono“). Las películas de nanotubos de Unidym se podrían incorporar en pantallas flexibles y reemplazar a los materiales quebradizos y de alto precio que se usan en la actualidad para fabricar electrodos para pantallas.

Este año también produjo grandes logros dentro de la fabricación de dispositivos de nanotubos más sofisticados para pantallas, incluyendo los circuitos integrados que los hacen funcionar (“Componentes electrónicos prácticos y hechos con nanotubos“). Una de las mayores ventajas de los circuitos de pantalla de nanotubos es que se pueden imprimir como si fueran periódicos, lo que debería hacer que bajasen los precios. Además este mes en la International Electrón Devices Meeting, un grupo de investigadores de Stanford presentaron los primeros circuitos de nanotubos tridimensionales (“Circuitos integrados complejos hechos de nanotubos de carbono”) . Los procesos que pueden llevar a cabo sus circuitos de nanotubos, como sumar y almacenar números, son tan sofisticados como los que podía realizar el silicio a mitad de los años 60.

Mientras tanto, un equipo de investigadores en Cornell logró construir una demostración científica básica e interesante: los nanotubos individuales se pueden cablear para construir células solares extremadamente eficientes (“Energía solar supereficiente gracias a nanotubos“). Mientras que los materiales solares convencionales son sólo capaces de producir un electrón por cada fotón que los golpea, los nanotubos de carbono pueden producir dos si el fotón tiene la suficiente cantidad de energía.

Nanomateriales y energía

La actividad en los laboratorios académicos y las compañías este año demostró que los materiales dedicados al almacenaje de energía y estructurados a escala nanométrica poseen una mayor capacidad que los materiales convencionales. Este concepto logró lanzar dos startups que acabaron recibiendo fondos gubernamentales. FastCAP Systems en Cambridge, Massachusetts, está desarrollando unos ultracondensadores basados en nanotubos de carbono, capaces de almacenar una gran cantidad de carga eléctrica gracias a su enorme área de superficie (“Una startup de ultra condensadores recibe una enorme ayuda”). La compañía recibió una subvención de la ARPA-E por 5,35 millones de dólares durante dos años y medio. Por otro lado, Amprius en Menlo Park, California, recibió 3 millones de dólares del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología para desarrollar unos ánodos de alto rendimiento para baterías de litio-ion hechos de nanocables de silicio (“Más energía en las baterías”). Ambas compañías tienen sus miras puestas en el mercado de los vehículos eléctricos, y esperan poder fabricar dispositivos de almacenaje de energía que permitan a los automóviles conducir distancias más largas entre recargas.

Los nanomateriales siguieron demostrando ser prometedores para su uso en células solares. Los investigadores determinaron que las células solares con pilares a nanoescala son capaces de convertir más energía que las totalmente planas. El resultado: el rendimiento de los materiales de bajo coste se puede aumentar sin tener que añadir gastos, y es posible fabricarlas sobre láminas de aluminio (“Células solares con nanopilares“). Este trabajo fue realizado en la Universidad de California, Berkeley, por uno de los Jóvenes Innovadores TR35 de Technology Review en 2009, Ali Javea. Otro investigador de Berkeley también en nuestra lista de jóvenes innovadores, Cyrus Wadia, analizó la abundancia y las propiedades de materiales solares no convencionales y dió un gran paso en su desarrollo. Uno de los materiales es la pirita, también conocida como oro falso, que Wadia cultiva como nanocristales ("Uso del oro falso en la energía solar"). La ventaja del uso de nanocristales en las células solares viene dada por el hecho de que se pueden convertir en tintas y se pueden imprimir fácilmente. Por su parte, uno de los mentores de Wadia, Paul Alivisatos, director provisional en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, fundó una compañía para desarrollar células solares de bajo coste y alta eficiencia basadas en nanomateriales. Solexant en San Jose, California, espera poder vender células solares de nanocristales impresas con un 10 por ciento de eficiencia a 1 dólar por vatio ("Energía solar de película fina con alta eficiencia")

Obtención de energía a partir de fuentes poco comunes

Las células solares de bajo coste, y eficientes, podrían ayudarnos a dejar de depender de las fuentes eléctricas sucias. Sin embargo esto no es lo que tiene en mente Zhong Lin Wang en Georgia Tech. Technology Review hizo un reconocimiento a su trabajo relacionado con la nano-piezoelectrónica, los nanocables y otras estructuras dedicadas a convertir la tensión mecánica en corrientes eléctricas, dentro de nuestra sección especial dedicada a las 10 tecnologías emergentes del año. Los nanocables de óxido de zinc capaces de producir una corriente eléctrica al recibir tensión podrían proveer una fuente de energía para los sensores de estrés y diagnóstico incorporados en edificios y puentes. Estos materiales también podrían ser tejidos para crear una chaqueta con la que recargar el iPod gracias a las pequeñas cantidades de energía generadas por el roce de los tejidos al caminar. Una serie de estudios producidos por Wang a lo largo del año lograron establecer aún más las bases del concepto, mostrando que la nano-piezoelectrónica era capaz de obtener energía a partir de un hámster en movimiento ("Aprovechando la energía de los hámster con un nano-generador"), que era capaz de actuar como sensor de estrés ("Transistores de nanodetección accionados por tensión"), y que se podían combinar junto a células solares dentro de nanogeneradores híbridos ("Un recolector híbrido de nano-energía" http://www.technologyreview.com/es/read_article.aspx?id=348).

Avances en materiales ópticos

Una parte del Premio Nobel 2009 de física fue a parar a un investigador cuyo trabajo ha formado la base de las telecomunicaciones modernas. Charles Kuo averiguó por qué las fibras ópticas creadas en los laboratorios en los años 60 no funcionaban: el material contenía impurezas que atenuaban la señal. En base a este descubrimiento, Kuo determinó que el cristal puro podría alcanzar el potencial de la transmisión óptica de datos y así dar velocidad al flujo de la información ("Premio Nobel concedido a tecnologías ópticas revolucionarias"). Las fibras ópticas modernas son incluso mejores de lo que Kao predijo, y sólo pierden un 5 por ciento de la luz a distancias de un kilómetro; hoy día hay más de mil millones de kilómetros de fibra óptica alrededor del mundo, y cada día se instalan más.

Además este año Intel anunció su intención de reemplazar los cables de cobre utilizados para transmitir los datos entre nuestros reproductores de MP3, ordenadores portátiles y otros dispositivos con fibra óptica ("El plan de Intel para reemplazar los cables de cobre"). En 2010, la compañía distribuirá cables de datos Light Peak capaces de transmitir 10 gigabits de datos por segundo entre aparatos que utilicen la luz, que es mucho más rápida que los electrones.

Un avance fundamental en la óptica este año fue la fabricación de un láser extremadamente pequeño que podría finalmente desarrollarse hasta convertirse en una fuente de luz compacta para ordenadores ópticos ("El láser más pequeño jamás construido"). Los dispositivos ópticos pueden operar a cientos de terahercios, en comparación con los 10 gigahercios que alcanzan los mejores aparatos electrónicos a nivel de consumidor. Sin embargo los dispositivos ópticos no son fáciles de miniaturizar. El “nano láser,” creado por un grupo de investigadores en las universidades de Cornell, Purdue, y Norfolk, ayuda a solucionar este problema.

Almacenaje de datos ultradenso y electrónica biodegradable

Este año también trajo una serie de materiales innovadores para el almacenaje de más datos durante periodos de tiempo más largos. Unas capas de nanovarillas de oro capaces de polarizar la luz y reflejar distintos tipos de colores se pueden usar para almacenar datos en cinco dimensiones ("Almacenaje de datos en cinco dimensiones"); unas antenas ópticas que enfocan la luz en puntos diminutos e intensos para así calentar bits se podrían usar para extender el ciclo vital del almacenaje de datos magnético ("Poniendo en marcha la memoria magnética"); y además los investigadores de HP utilizaron nanocables magnéticos para fabricar memorias de circuito ("TR10: Memoria de circuito").

Por su lado, unos investigadores en Japón hicieron una demostración del primer dispositivo de memoria flexible de plástico, que podría incorporarse en aparatos electrónicos no convencionales como por ejemplo los sensores desechables ("Memorias baratas de plástico para dispositivos flexibles"). Un equipo de investigadores de Illinois hizo maravillas con el silicio para fabricar componentes electrónicos con formas extrañas, incluyendo unas matrices de LEDs flexibles ("Diodos emisores de luz (LEDs) más baratos") y componentes electrónicos biocompatibles ("Componentes electrónicos implantables de silicio-seda") que podrían utilizarse en los implantes médicos. Estos proyectos fueron dirigidos por John Rogers, inventor de una tecnología de silicio elástico que Tecnology Review reconoció en 2006. Finalmente en Stanford, un equipo de investigadores construyeron los primeros transistores completamente biodegradables, que podrían usarse para controlar el suministro de fármacos en los implantes médicos del futuro ("Transistores biodegradables").