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Silicio: alternativa al grafeno en nanotecnología

 
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silicioalternativaBogotá D. C., mar. 11 de 2014 – Agencia de Noticias UN- Científicos de la U.N. determinaron que el silicio y el germanio, usados ampliamente en la industria microelectrónica, poseen propiedades equivalentes al grafeno y son más accesibles.

Hace cerca de cuatro años el grafeno se popularizó gracias a que los científicos Andre Geim y Konstantin Novoselov ganaron el premio Nobel de Física gracias al hallazgo de este material, el cual se prevé revolucionará la electrónica en el futuro. Por ejemplo, se podrán tener pantallas del grosor de una hoja de papel o dispositivos celulares con menor tamaño y mayor funcionalidad.

No obstante, en la actualidad la fabricación de este tipo de accesorios aún está lejos, debido a los elevados costos de producción. Es así que se tendría que invertir hasta 10 millones de dólares para edificar un cuarto limpio donde se construirían los artefactos con grafeno, pues al lugar no debe ingresar ni una sola partícula de polvo.

Mientras se resuelve este inconveniente, investigadores del Grupo de Óptica e Información Cuántica de la Universidad Nacional de Colombia en Bogotá buscaron materiales similares al grafeno y comunes en la industria electrónica.

“El grafeno, extraído del grafito (el mismo material del que se fabrican las minas de los lápices), es un hoja de carbono con un átomo de altura. El silicio y el germanio también pueden ser obtenidos en forma similar: monocapas de un solo átomo de grosor con forma de panal de abejas”, comenta Rafael Rey González, docente del Departamento de Física de la U.N.

El investigador añade que estas nuevas monocapas presentan la misma propiedad que se observó en el grafeno. Es decir, los electrones se comportan como si no tuviesen masa, logrando recorrer grandes distancias dentro del área nanométrica del material. Esto representa, por ejemplo, mayor rapidez para el transporte de datos, por lo que se espera que las monocapas puedan ser fácilmente integradas a este sector de producción.

“La industria electrónica se basa en silicio, arseniuro de galio y de indio, nitruro de galio, entre otros. Por su parte, el grafeno y el carbono tienen un uso muy bajo e implementarlo significaría cambiar la infraestructura actual”, señala.

El científico de la U.N. agrega que el impacto esperado es que la industria logre manipular estos materiales para obtener dispositivos de una monocapa de un átomo de altura (0,4 nanómetros, aproximadamente).

Precisamente, el sector electrónico ha buscado por décadas dispositivos más eficientes, más pequeños y con mayor capacidad de almacenamiento y procesamiento. Esto ha permitido el desarrollo de equipos de menor tamaño, más livianos y con mayores funciones, como es el caso de la evolución de los teléfonos celulares”.

Actualmente, los transistores integrados en los cerebros electrónicos de nuestros equipos o procesadores están llegando a los 32 nanómetros, es decir, tendrían entre 80 y 100 monocapas atómicas.

El silicio, desde lo experimental y teórico, puede llegar a esa dimensión. Sin embargo, todavía no hay certeza de que pueda ser usado en la construcción de elementos electrónicos en serie, ese es el siguiente paso. No obstante, industrias como la estadounidense parece que quieren mantenerse con los materiales actuales de fabricación.

“Solo los europeos estarían dispuestos a cambiarse al grafeno”, concluye Rafael Rey. Por lo pronto, la U.N. trabaja en estos temas de ciencias básicas que son fundamentales para desarrollar en un futuro tecnología propia.

Créditos: UNAL-315-2014

Busca universitaria nuevas aplicaciones del silicio poroso con manopartículas de oro.

 
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María Beatriz de la Mora Mojica, del IF de la UNAM, indaga cómo controlar y mejorar las propiedades ópticas del silicio poroso para su aplicación en dispositivos optoelectrónicos y, a la postre, en la elaboración de biosensores y sensado de materia biológica.
María Beatriz de la Mora Mojica, del IF de la UNAM, indaga cómo controlar y mejorar las propiedades ópticas del silicio poroso para su aplicación en dispositivos optoelectrónicos y, a la postre, en la elaboración de biosensores y sensado de materia biológica.

17 de Septiembre del 2012

Motivada en el fulgor áureo de la identidad universitaria, María Beatriz de la Mora Mojica, investigadora posdoctoral en el Instituto de Física (IF) de la UNAM, trabaja en el sincretismo de nanopartículas de oro con silicio poroso, en la búsqueda de nuevas aplicaciones.

El interés está abocado al funcionamiento e interacción de esas sustancias para obtener información destinada a grupos de trabajo especializados, que podrían capitalizarlo en acciones y mecanismos útiles con impacto social, señaló.

“Me interesa mejorar las propiedades ópticas del silicio, las aplicaciones en dispositivos optoelectrónicos y, a largo plazo, en la realización de biosensores y desarrollo de sensado en materia biológica”, abundó.

Al impartir la conferencia Estructura del silicio poroso y sus aplicaciones, en el Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico (CCADET) de la UNAM, De la Mora explicó que el silicio es uno de los materiales más abundantes en el planeta, se encuentra en la arena, por ejemplo, y se utiliza en varios campos, incluido, los dispositivos y aparatos electrónicos.

También, puede emplearse para fabricar filtros y espejos de concentración solar, como se hace en el Centro de Investigación en Energía (CIE) de la UNAM, donde buscan obtener materiales más eficientes y baratos para el almacenamiento de energía.

El estudio denominado Modificación óptica del silicio poroso mediante nanoestructuras de oro, dirigido por Alejandro Reyes Esqueda, y con el que De la Mora espera obtener su posdoctorado, tiene en la unión del silicio con las nanopartículas de oro, la parte más complicada de la investigación, pues la superficie del primero es hidrofóbica y eso dificulta que la solución que contiene las nanopartículas entre al silicio poroso.

“Ahora tengo el material y una gran parte de la caracterización óptica; el siguiente paso es mejorarla, hacer depósitos más homogéneos y conocer de mejor manera cómo interactúan, no sólo medir qué ocurre con el oro o sin él, sino qué sucede si están juntos, cómo uno afecta el comportamiento óptico del otro. Una vez que lo entienda, sabré cómo modificarlas para aplicaciones más precisas, por ejemplo, el sensado biológico”, precisó la doctora en Ciencias e Ingeniería en Materiales.

El trabajo de De la Mora representa un eslabón en el desarrollo de dispositivos que puedan generar beneficios desde el campo de la tecnología, hasta el biomédico.

“Podría considerarse en mediciones de bilirrubina o colesterol en sangre de una manera mucho más simple; de la misma forma, desarrollarse un detector de glucosa en saliva y lograr, incluso, un tratamiento potencial contra el cáncer de mama, como el que ya experimentan investigadores estadounidenses con las obleas de silicio y oro”, concluyó.

Boletín UNAM-DGCS-571
Ciudad Universitaria.

Desarrollan compuestos para obtener celdas solares orgánicas más baratas

 
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Investigadores de la Facultad de Química (FQ) de la UNAM desarrollan compuestos con propiedades de óptica no lineal (ONL), que tienen potencial uso en celdas solares orgánicas que, a diferencia de las hechas de silicio utilizadas en la actualidad, tienen la ventaja de ser flexibles y más económicas.
Investigadores de la Facultad de Química (FQ) de la UNAM desarrollan compuestos con propiedades de óptica no lineal (ONL), que tienen potencial uso en celdas solares orgánicas que, a diferencia de las hechas de silicio utilizadas en la actualidad, tienen la ventaja de ser flexibles y más económicas.

19 de febrero de 2012

• A diferencia de las de silicio utilizadas en la actualidad, serían más flexibles y económicas
• Para elaborarlas, el académico Norberto Farfán investiga compuestos con propiedades de óptica no lineal
• Con estos materiales se generarían hologramas capaces de almacenar información, o construir dispositivos que aceleren la velocidad de equipos de cómputo

Investigadores de la Facultad de Química (FQ) de la UNAM desarrollan compuestos con propiedades de óptica no lineal (ONL), que tienen potencial uso en celdas solares orgánicas que, a diferencia de las hechas de silicio utilizadas en la actualidad, tienen la ventaja de ser flexibles y más económicas.

En un futuro, se podrían elaborar chamarras cubiertas de estos elementos solares orgánicos capaces de cargar la batería del teléfono celular, o recubrimientos para techos y ventanas de una casa que, de igual manera, permitan el almacenaje de energía.

Las aplicaciones de compuestos que presentan propiedades de ONL son diversas. Con ellos es posible generar hologramas capaces de almacenar información o imágenes, o bien, construir dispositivos opto-electrónicos que aceleren la velocidad de equipos de cómputo, informó el académico del Departamento de Química Orgánica de esta Facultad, José Norberto Farfán García.

El universitario, Premio Nacional de Química Andrés Manuel del Río 2010 en el área Académica de Investigación (el galardón más importante del área en el país), explicó que la óptica referida es un fenómeno donde un compuesto con estas propiedades, al ser irradiado con un haz de luz, duplica o triplica la frecuencia de la luz incidente; es decir, se emite con otro color.

Tradicionalmente, en este campo se habían utilizado compuestos de tipo inorgánico, pero relativamente hace poco tiempo, señaló, se encontró que los orgánicos u organometálicos también presentan propiedades de ONL.

Una de las principales temáticas del investigador es el desarrollo de elementos con mejores propiedades, con el empleo de compuestos organometálicos de boro y estaño.

Esta línea de trabajo inició en 2002, en colaboración con el grupo de Pascal Lacroix, del Laboratoire de Chimie de Coordination, del Centro Nacional de Investigaciones Científicas (CNRS) en Toulouse, Francia. Recientemente se incorporó un grupo del Centro de In¬vestigaciones en Óptica (CIO) de León, Guanajuato; asimismo, se tiene relación con el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav), del Instituto Politécnico Nacional

Farfán García detalló que se pueden preparar compuestos orgánicos con capacidad para absorber radiación. Junto con los profesores de la Facultad de Química, Héctor García-Ortega y Margarita Romero Ávila, laboran en celdas orgánicas más flexibles y económicas, que podrían colocarse en pinturas o películas para captar energía, pues las existentes son de silicio, más caras y rígidas.

“Somos uno de los pocos grupos que incursionan” en esta área en México, y algo que ha sido exitoso en nuestro caso es que trabajamos de manera interdisciplinaria: colaboramos químicos orgánicos, teóricos y físicos. Estos desarrollos involucran áreas como física, optica y química, y contamos con excelentes especialistas en cada una”, comentó el investigador.

También refirió que con los compuestos desarrollados en la FQ, el grupo del CIO ha realizado trabajos de holografía dinámica, donde se pueden grabar y borrar imágenes, o bien, almacenar información.

El grupo de Farfán también investiga interruptores moleculares, que permitirían dotar a ciertos materiales de propiedades de ONL y, eventualmente, podrían acelerar la velocidad de equipos de cómputo a través de fibras y dispositivos opto-electrónicos.

A partir de esta colaboración, se trabaja en el proyecto SENER-CONACYT sobre Diseño y desarrollo de celdas solares orgánicas (OPV), eficientes para la generación de energía eléctrica limpia, donde participan expertos de la Facultad de Química, del Cinvestav, del CIO y de la Universidad Autónoma de Madrid.

Dependencia tecnológica

“Es importante trabajar para disminuir la dependencia tecnológica, la cual siempre nos va a mantener como un país en vías de desarrollo. Si nosotros no hacemos nuestras propias innovaciones, seguiremos en el atraso”, advirtió.

La economía, concluyó, está basada en el conocimiento. México compra tecnología muy cara y vende materias primas baratas, a la cual casi no se le da valor agregado. Así, “este tipo de trabajos se encamina a no quedarnos rezagados en un mundo que avanza cada vez más rápido y donde el conocimiento es la diferencia”.
Créditos: unam.mx/boletin/106/2012

Desarrollan propiedades ópticas del silicio

 
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Los logros de la investigación sobre el silicio hacen parte de la búsqueda de nuevos materiales para ser usados en la optoelectrónica.
Los logros de la investigación sobre el silicio hacen parte de la búsqueda de nuevos materiales para ser usados en la optoelectrónica.

2 de enero de 2011

Un silicio poroso con muy buenas particularidades ópticas se está haciendo en la Universidad Nacional de Colombia, a pesar de que este material no posee esas condiciones naturales.

Esta afirmación es del doctor en Física Néstor Jaime Torres Salcedo, profesor asociado del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias y director del Laboratorio de Producción y Caracterización Óptica y Eléctrica de Materiales.

El cambio en esta característica del silicio, que debido a este estudio pasa de no tener propiedades ópticas a tenerlas, está incluido en la  investigación Propiedades optoeléctricas de películas delgadas de silicio poroso, dirigida por Torres Salcedo, trabajo centrado en los diversos usos de este material en dispositivos luminiscentes actuales.

“Como resultado de esta investigación estamos haciendo un silicio que tiene muy buenas particularidades ópticas para ser integrado a la tecnología moderna”, afirmó, aunque aclara que tradicionalmente este material no ha tenido “buenas propiedades ópticas para ser usado en este campo”.

Los logros más visibles de la investigación de ocho años, según el profesor Torres Salcedo, son la producción de las películas delgadas de silicio poroso mediante métodos electroquímicos. Esta técnica consiste en colocar una oblea de silicio, tipo P, en una solución de ácido fluorhídrico y aplicar una diferencia potencial entre el silicio y un electrodo de platino.

El estudio permitió obtener, igualmente, una muestra de intensa señal de fotoluminiscencia en una región espectral comprendida entre 500 y 800 nanómetros (nm). En las muestras también se encontró fotoconductividad, más o menos entre 300 y 550 nanómetros.

También se pudo determinar la influencia de las condiciones con las que se preparan los materiales (parámetros de depósito) sobre la señal de fotoluminiscencia de la muestra de silicio poroso, afirmó el profesor. Y, además, se desarrolló un procedimiento experimental para incluir litio (tierras raras) en el interior de los poros.

Estos logros hacen parte de la búsqueda de nuevos materiales que puedan ser usados en las diferentes aplicaciones actuales de la optoelectrónica: detectores de luz (fotorresistencias y fotodiodos) y emisores de luz, que hacen parte de la tecnología moderna.

Con base en lo hecho se continuarán investigando otros posibles usos del silicio poroso, dijo el profesor Torres Salcedo a la Agencia de Noticias UN. Ahora se pretende construir una bicapa (material inorgánico) que permita desarrollar dispositivos en los que se pueda variar controladamente la respuesta de detección de distintos colores de luz, los cuales son cada vez más usados por la tecnología moderna.

Esta parte será desarrollada por la estudiante Nelcarí Trinidad Ramírez, aspirante al Doctorado en Ciencias-Física, cuya investigación durará entre dos y tres años.

Créditos: agenciadenoticias.unal.edu.co

Estudian material para mejorar rendimiento de discos duros

 
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Una estudiante de la UN de Colombia trabaja en la creación de películas de titanato de bismuto sobre silicio, para economizar energía en dispositivos de almacenamiento y aumentar su capacidad.
Una estudiante de la UN de Colombia trabaja en la creación de películas de titanato de bismuto sobre silicio, para economizar energía en dispositivos de almacenamiento y aumentar su capacidad.

22 de diciembre de 2011
Una estudiante de la UN de Colombia trabaja en la creación de películas de titanato de bismuto sobre silicio, para economizar energía en dispositivos de almacenamiento y aumentar su capacidad.

Claudia Milena Bedoya Hincapié, estudiante de la Maestría en Materiales y Procesos de Manufactura de la Sede Bogotá, realiza esta investigación dado que el titanato de bismuto posee bajos valores de voltaje (que es la respuesta del material al aplicarle un campo eléctrico), por lo cual consume baja energía y presenta efectos de fatiga reducidos, es decir, poco desgaste al reescribir datos en un disco duro.

Adicionalmente, por ser menos contaminante, este material se usa en la actualidad para sustituir elementos tóxicos como el plomo y el mercurio.

Por su parte, el silicio, además de su bajo costo y su abundancia en la naturaleza, es reconocido en el mundo por su amplia aplicación en el campo de la microelectrónica en equipos de computación, de ahí que el centro de esta producción industrial sea conocido como Silicon Valley o Valle del Silicio en Estados Unidos.

“En la simulación del trabajo hemos encontrado que, efectivamente, por las características de los materiales disminuye el consumo de energía y permite almacenar más datos; por tanto, puede mejorar la eficiencia en la industria de dispositivos electrónicos”, dijo la estudiante.

Teniendo en cuenta las condiciones de estos materiales, la investigación denominada Crecimiento y caracterización eléctrica y estructural de películas delgadas de titanato de bismuto, crecidas mediante Magnetron Sputtering, consiste en incorporar capas delgadas de titanato a una base de silicio, para integrar las bondades de ambos materiales y optimizar el desempeño de los discos duros.

“Este procedimiento se realiza por la evaporación del material. En una cámara se introduce argón, y el titanato se lleva a altas temperaturas hasta producir plasma; los choques entre las partículas del plasma y del titanato se depositan sobre una muestra de silicio y se adhieren a él”, explicó.

Posteriormente, se realizan imágenes de la microestructura del material para analizar su morfología y estudiar la respuesta ferroeléctrica, que es la capacidad de almacenar datos en memorias electrónicas.

Ahora, la estudiante se encuentra en la etapa de simulación computacional del procedimiento para verificar, por esta vía, los resultados que se obtendrán en el laboratorio y después validar estas respuestas.

Cabe anotar que la fase de laboratorio para desarrollar las películas se llevará a cabo con el Grupo de Nanoestructuras Semiconductoras, a cargo del profesor Álvaro Pulzara Mora, docente de la UN en Manizales.

Créditos: agenciadenoticias.unal.edu.co