La naturaleza bajo el microscopio: La exploración de la belleza de la nanociencia

Blog original en ingles por Bo Zhi
Traducido por Joel Hernandez

Editado por Katrina Carlin

Las elevadas montañas se extienden más allá de mi vista; las rosas brillantes están floreciendo a mi lado; las estrellas fugaces están volando por encima de mi cabeza. Usted podría pensar que estoy de viaje a un destino maravilloso, vagando en una zona montañosa y disfrutando de la oscuridad de la gloriosa noche estrellada, pero ¿que pensaría si le dijera que estoy hablando de la naturaleza como de la nanociencia también?

Bienvenido a un maravilloso viaje nano. Juntos encontraremos tres ejemplos de la nanociencia que se asemejan a la naturaleza. En primer lugar, en frente de nosotros están montañas de tamaño nano, y también montañas en el Parque Nacional Badlands, pero puede que no sea obvio al principio cuál es cuál.

Silicona y el Parque Nacional Badlands

A la izquierda: Imagen del microscopio electrónico de barrido de la superficie de silicona grabada (imagen cortesía de la School of Photovoltaic & Renewable Energy Engineering, UNSW Australia) A la derecha: Montañas en el Parque Nacional Badlands (foto por Bo Zhi)[1]

Si usted vio el cielo en la imagen de la derecha, probablemente adivinó enseguida que muestra las verdaderas montañas de los Badlands. Pero las “montañas” a la izquierda son casi tan maravillosas: son nanopirámides grabadas en la superficie de silicio de una célula solar.

El silicio se ha utilizado en células solares durante mucho tiempo. Si la superficie del silicio es demasiado limpia y lisa, demasiada luz refleja detrás, haciendo que la célula solar sea menos eficiente. Para solucionar este problema, la gente ha desarrollado diferentes métodos de grabado para hacer la superficie un poco más áspera para que absorba más luz solar. Una de estas técnicas ha dado lugar a la formación de las nanopirámides que se muestran en la imagen. Si rompemos con los paradigmas, encontramos que estas pirámides del tamaño nano se asemejan a las montañas situadas en el parque nacional de los Badlands. Mientras caminaba en el parque, me sorprendió al ver las similitudes entre estas magníficas montañas y la superficie de silicio grabado. ¡Es como si la Madre Naturaleza creara un electrodo gigante de células solares!

Después de contemplar con asombro la majestuosidad de las montañas, continuemos nuestro viaje. A medio camino de la montaña, llega un perfume de flores. ¿Qué son esos? ¡Ah, flores de tamaño nano!

Dioxido de manganeso y rosas

A la izquierda: Dióxido de manganesol – fibras textiles de nanotubos de carbono (inserción: imágenes SEM originales sin coloración, imagen adaptada con permiso de Xia et al., 20121). Derecha: Rosas (foto de Lynn Greyling)[2]

¿Usted pudo adivinar que las flores reales están a la derecha en las dos imágenes anteriores? La imagen de la izquierda es una fibra textil nano-habilitada compuesta de dos materiales diferentes. Uno de ellos, el dióxido de manganeso (MnO2), es un material barato utilizado a menudo en dispositivos electrónicos debido a su capacidad para almacenar una gran cantidad de carga eléctrica. Sin embargo, no es bueno para conducir una corriente eléctrica, lo que ha impedido sus aplicaciones adicionales. Por lo tanto, los investigadores han estado tratando de combinar MnO2 con nanomateriales de alta conductividad, como los nanotubos de carbono (“CNT” por sus siglas en inglés). En la imagen de la izquierda, el MnO2 a nanoescala se depositó sobre CNTs, formando una fibra textil MnO2-CNT1. Esta arquitectura nos da lo mejor de ambos mundos – alta capacidad o almacenamiento de carga (del MnO2) y gran conductividad (de los CNT). La inserción en la imagen muestra la nanoestructura original. Con algunos colorantes artificiales, se ven muy similares a las rosas reales en el lado derecho. Por lo tanto, si usted está pretendiendo a alguien en la ciencia material, tal vez estas flores nano maravillosas puedan ser más eficaces. ¡Vamos, pruébenlo, nerds STEM!

Finalmente, hemos llegado casi al final de este emocionante viaje nano: el pico de la montaña. La noche cae y la Vía Láctea cubre el cielo profundo con su misterioso velo. ¡Mira! Allí vienen – ¡es una lluvia de meteoros!

Nanocables de telurio y lluvia de meteoros

A la izquierda: Imagen óptica de una película de nanocables de telurio después de retirar el polímero (imagen usada con permiso de Wu et al., 20142) A la derecha: la lluvia de meteoros Leonid llueve a través de la constelación Can Mayor (foto cortesía de Tony Hallas)[3]

La imagen de la izquierda proviene de un proceso en el que los científicos estaban ensamblando nanocables (materiales metálicos muy pequeños hechos de telurio) sobre una película de polímero2. Capas como esta son excelentes materiales semiconductores que se pueden usar en dispositivos electrónicos como sensores de gas de alto rendimiento. Estos alambres coloridos se ven extremadamente similares a esas estrellas fugaces que precipitan a través del cielo nocturno demostrado a la derecha. Si te gusta la raya del meteoro y el arco de los conjuntos de nanocables, ¡haga un deseo y tal vez un día se hará realidad!

Aunque fue un viaje transitorio al mundo nano, lo que hemos encontrado arriba es sólo la punta del iceberg. Espero que hayas notado que la ciencia, el arte y el mundo natural que podemos ver con nuestros propios ojos no son totalmente distintos. Científicos son atentos con estética, y los artistas pueden encontrar resonancia de estas nano-vistas impactantes. La nanociencia es fascinante – algunas personas derivan de ella una poderosa tecnología, mientras que otras crean arte.


RECURSOS EDUCATIVOS

  • Publicación Nano Sustentable por Autumn Qiu: There’s Plenty of Room at the Bottom…for Art!
  • UCLA Sci / Art Nanolab – programa de verano para estudiantes de secundaria
  • Scholastic.com – Art Integration: Easy Ideas Combining Science and Art

REFERENCIAS

  1. Xia, H. et al. Hydrothermal synthesis of MnO2/CNT nanocomposite with a CNT core/porous MnO2 sheath hierarchy architecture for supercapacitors. Nanoscale Research Letters, 2012, 7, 33. doi: 1186/1556-276X-7-33
  2. Wu, et al. Soluble Polymer-Based, Blown Bubble Assembly of Single- and Double-Layer Nanowires with Shape Control. ACS Nano, 2014, 8, 3522-3530. doi: 10.1021/nn406610d

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