Ciencia e Ingeniería de Materiales

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sábado, 29 de agosto de 2020

Impresión 3D de metales facilita la síntesis química

agosto 29, 2020


Resumen: La impresión 3D viene revolucionando el sector industrial, porque permite proyectar y obtener un producto con mucha precisión en sus dimensiones y diferentes geometrías. Un grupo de investigación trabajo con la impresión 3D en metales para poder fabricar reactores químicos y estudiar su relación con los catalizadores.



La impresión 3D viene siendo estudiada por muchos campos de la ciencia como la biotecnología, síntesis farmacéutica, ingeniería, etc. La idea de usar este proceso en esta investigación surgió de la búsqueda de nuevas rutas sintéticas, para la conversión de recursos no petroleros en combustible líquido por diferentes procesos, los cuales han sido estudiados por mucho tiempo, que eran inviables en aplicaciones industriales debido a su alto costo. Con esto en mente el grupo de investigación decidió usar la impresión 3D de metales para fabricar los reactores autocatalíticos (SCR) y preparación de catalizadores, reduciendo así los elevados costos y tamaño de los reactores y mejorando la eficiencia energética.

Emplearon diferentes técnicas de impresión 3D para fabricar el reactor y el catalizador separadamente, y así superar los problemas de que sea una impresión complicada y baja velocidad de impresión, pudiendo también ser aplicada en condiciones extremas, como alta temperatura y presión.

Fabricaron reactores con diferentes secciones transversales para convertir moléculas de C1 (incluidos CO, CO2 y CH4) en productos de alto valor agregado. Demostraron que la geometría de la sección trasversal impresa de los SCRs puede mejorar drásticamente la sinergia entre el catalizador y reactor para controlar la distribución del producto catalítico. La superficie interna, volumen del canal y estructura espacial son factores que afectan el control de la síntesis química. 

Esta investigación ofrece una alternativa para favorecer la sinergia entre reactores y catalizadores y poder impulsar a nuevos diseños para el futuro de los sistemas catalíticos para tecnologías basadas en impresión 3D.




Referencia:

Quinhong Wei, Hangjie Li, Guoguo Liu, Yingluo He, Yang Wang, et al. Metal 3D printing technology for functional integration of catalytic system, Nature Communications, 14 de agosto, 2020; DOI: 10.1038/s41467-020-17941-8


Redaccion: Dennis Gonzales - UNILA 

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Filtros de nanohilos de Titanato que elimina patógenos

agosto 29, 2020


Resumen: En las últimas dos décadas, varios brotes virales están resultando en epidemias y pandemias. Para impedir la propagación del virus, es fundamental tener equipamientos de protección individual. Por eso, fui desarrollado un filtro basado en nanohilos de TiO2 que tiene la capacidad de eliminar patógenos.



En el intento de reducir los impactos de la pandemia de Covid-19, las mascarillas de papel se están volviendo cada vez más obligatorias. Sin embargo, su uso generalizado tiene una serie de desventajas. Eso incluye el impacto ambiental de mascarillas descartables hechas de capas de platico de polipropileno. Además de eso, apenas detienen los patógenos en vez de destruirlos. “En un ambiente hospitalario, esas mascarillas son descartadas y manejadas de manera adecuada”, afirma László Forró, jefe del Laboratorio de Física de Materia Compleja de la EPFL. “Sin embargo, su uso en un mundo más amplio – donde son tirados en botes de basura abiertos o hasta dejados en la calle – puede transformarlo en nuevas fuentes de contaminación.”

Aquí es relatado el desarrollo de un filtro basado en nanohilos de TiO2, que se cree que funcionará extremadamente bien para equipamientos de protección individual (PPE). Este filtro hecho de nanohilos de óxido de titanio es capaz de detener a los patógenos y destruirlos con la luz. En esta investigación incluye experimentos que demuestran la capacidad de la membrana de destruir E. coli, la bacteria referencia en esta investigación biomédica, y hechas de DNA en cuestión de segundos. Con base en esos resultados, los investigadores afirman, que a pesar de eso necesite ser demostrado experimentalmente, que el proceso sería igualmente exitoso en una amplia gama de virus, incluyendo el SARS-CoV-2.

En el artículo también afirma que la fabricación de esas mascarillas sería viable en gran escala: el equipamiento de laboratorio solo es capaz de producir hasta 80.000 mascarillas por mes. Además de eso, las mascarillas podrían ser esterilizadas y reutilizas mil veces. Eso aliviaría la escasez y reduciría sustancialmente la cantidad de basura creada por mascarillas quirúrgicas descartables.

Una startup llamada Swoxid ya está preparándose para sacar la tecnología del laboratorio. “Las membranas también pueden ser usadas en aplicaciones de tratamientos de aire, como sistemas de ventilación e aire acondicionado, bien como en equipamientos de protección individual”, dice Endre Horváth, principal autor del artículo e cofundador de Swoxid.





Referencia:

Emmanuel Barraud. A titanate nanowire mask that can eliminate pathogens. EPFL News, 07 de agosto de 2020.


Redaccion: Nathielle Harka - UNILA 

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viernes, 28 de agosto de 2020

Un ordenamiento diferente permite un mayor almacenamiento en chips

agosto 28, 2020


Resumen: La tendencia actual en la tecnología es fabricar los aparatos o dispositivos cada vez más pequeños para reducir costos, así un grupo de investigadores encontró una forma de hacerlo con memorias incrustadas obteniendo grandes logros.



Las memorias embebidas o incrustadas tienen un papel fundamental para el funcionamiento de los dispositivos electrónicos que utilizamos, ya que son diseñadas para cubrir necesidades específicas y se enfrentan normalmente a tareas de procesamiento en tiempo real.

Estas memorias incrustadas ocupan gran parte de esos sistemas. Por lo que investigadores buscan reducir cada vez más su tamaño, con un costo más baratos y que sean más potentes. Ante esta premisa, el equipo de investigadores de la EPFL y la Universidad de Bar Ilan (BIU) en Israel diseñaron una memoria que reduce a la mitad la cantidad de silicio utilizada en ella, sin perjudicar su almacenamiento, también la energía necesaria. Este proyecto es tan innovador que consiguió siete patentes por su trabajo y están en proceso de crear una startup, RAAAM.

El grupo de investigadores organizó de manera diferente los transistores dentro de las memorias incrustadas, utilizando accesos directos para reducir espacio y energía, porque se sabe que dentro de los chips hay una enorme cantidad de transistores. La memoria que desarrollaron, llamada GC-eDRAM, necesita solo dos o tres transistores, un valor mucho menor que el que posee SRAM con sus seis u ocho transistores. Esta nueva organización permite colocar dentro de los chips más memorias o hacerlas más pequeñas para dar espacio para otros componentes, reduciendo así la energía necesaria para procesar una determinada cantidad de datos

Para Andreas Burg, profesor del Laboratorio de Circuitos de Telecomunicaciones y parte de los fundadores de RAAAM, durante los últimos años la tecnología en componentes del chip solo avanzó en su reducción de su tamaño, pero está estancada en otros aspectos.

Robert Giterman, investigador con posdoctorado de EPFL y CEO de RAAAM indica que existen otros tipos de eDRAM en el mercado, pero requieren otros pasos en el proceso de fabricación que resultan ser complejos y costosos, los cuales son incompatibles con los pasos de fabricación estándar de los chips.  No obstante, el GC-eDRAM puede ser compatible al proceso debido a sus características.

Los investigadores trabajaron con fabricantes de semiconductores de primer nivel para probar su nuevo tipo de memoria, resultando en la compatibilidad del proceso de fabricación, lo cual permitirá una reducción enorme en el costo, por lo que RAAAM planea vender su tecnología a través de acuerdos de licencia, siendo uno de los tres ganadores de los premios Venture de este año en el área Industrial e Ingeniería.




Referencia:

Cécilia Carron. New high-capacity embedded memories use half as much silicon, EPFL News, 31 de julho, 2020.


Redaccion: Dennis Gonzales - UNILA 

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Equipo desarrolla plástico de carbono ecológico, resistente al fuego e ideal para reciclaje

agosto 28, 2020

 


Resumen: Un equipo de investigadores desarrollaron un material compuesto de fibra de carbono y resina epoxi, que tiene como objetivo crear un material capaz de ser reciclado en más del 99% y ser resistente al fuego usando ácido tánico de origen vegetal.


El Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST) anunció que un equipo de investigación del Instituto de Materiales Compuestos Avanzados, liderado por el Dr. Yong Chae Jung, utilizó ácido tánico de origen vegetal para desenvolver un plástico reforzado con fibra de carbono retardante de llama (CFRP), y también presentó un método para su reciclaje ecológica. Entonces fue desarrollado un material compuesto reforzado con fibra de carbono.

CFRP es un material compuesto que contiene fibra de carbono. Ese material es cerca de cuatro veces más leve que el acero, pero 10 veces más fuerte y es ampliamente utilizado en la industria aeroespacial, automovilística de construcción naval y de equipamientos deportivos. Estructuralmente, el CFRP es compuesto de fibra de carbono y resina epoxi, que desempeñan funciones en este material compuesto semejantes a los que las barras de refuerzo y el cemento desempeñan en las estructuras de concreto. Para obtener rigidez mecánica, el enlace de la fibra de carbono y la resina epoxi debe ser fuerte. Además de eso, el CFRP debe ser a prueba de fuego, pues es usado para fines relacionado de la vida cotidiana, por ejemplo, como material de construcción. Para inducir esas características en el CFRP, algunas veces es sintetizado con aditivos.

Fue agregado al CFRP un retardador de llama de halógeno para el efecto de a prueba de fuego. No obstante, el uso de halógeno en la CFRP fue prohibido en todo el mundo, pues genera sustancias toxicas cuando son incineradas para su reciclaje. Por lo tanto, la tarea en cuestión era volver al CFRP un retardador de llamas con el uso de un material seguro y no tóxico.

Jung Yong-Chae buscó mejorar la rigidez mecánica y el retardamiento de llama del CFRP con ácido tánico. El ácido tánico se transforma en carbón al quemarse, y al carbonizarse funciona como una barrera que bloquea la entrada de oxígeno externo. Al fabricar la resina epoxi a partir de ácido tánico y mezclarla con la fibra de carbono, el equipo de investigación del KIST desarrolló con suceso un CFRP.
Al contrario de la resina epoxi convencional que es vulnerable al calor, la resina epoxi hecha con ácido tánico es retardadora de llama y no necesita de aditivos. Eso significa que las sustancias toxicas generadas al incinerar el CFRP para su reciclaje no serían más un problema.

Al disolver el CFRP en el agua en un estado de fluido supercrítico, esto es, a una temperatura y presión en un nivel definido, más del 99% del CFRP puede ser recuperado sin desempeño reducido de la fibra de carbono. Al contrario del método de reciclaje por incineración, ese nuevo método de reciclaje permite el reciclaje de todos los componentes de un material compuesto.

El investigador jefe Dr. Jung dice: “Creamos un material compuesto con amplias aplicaciones que es una mejora en relación al plástico reforzado con fibra de carbono convencional en términos de retardamiento de llama, rigidez mecánica y reciclabilidad. Esas características mejoradas son significativas en la medida en que determinan la faja de aplicación del material compuesto”. El agregó: “Revisaremos la estructura de este material para obtener aún más propiedades mejoradas y expandir aún más el alcance de su aplicación”.



Referencia:

Young-O Kim et al, Recyclable, flame-retardant and smoke-suppressing tannic acid-based carbon-fiber-reinforced plastic, Composites Part B: Engineering (2020). DOI: 10.1016/j.compositesb.2020.108173


Redaccion: Nathielle Harka - UNILA 

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Búsqueda de un nuevo y mejor material para absorción de CO2

agosto 28, 2020


Resumen: El calentamiento global está aumentando por la emisión de gases de diversas actividades humanas, por lo cual investigadores buscaron materiales capaces de capturar el dióxido de carbono estas emisiones con ayuda de métodos computacionales.


El efecto invernadero es un fenómeno atmosférico que regula la temperatura en el planeta porque retiene parte de la energía solar, pero debido a las actividades humanas hay mucha producción de gases con dióxido de carbono (CO2) que se dirigen para la atmósfera, perturbando el equilibrio, resultando en el calentamiento global.


Actualmente hay muchas investigaciones sobre cómo reducir o capturar los gases emitidos, estos son llamados “gases de combustión”, que se refiere a los gases que salen de una tubería, chimenea, etc., como producto de la combustión en un horno, caldera o generador de vapor, pero generalmente son asociados a los vapores que salen de las fábricas.


Una forma de reducir el impacto contaminante de los gases de combustión es sacarles el CO2 y hacer un almacenamiento geológico o reciclarlo, teniendo esto en mente, un equipo de científicos dirigido por Berend Smit de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) diseñaron un material que puede capturar el dióxido de carbono de los gases de combustión húmedos mejor que los materiales comerciales actuales.


Los materiales que son capaces de capturar CO2 son mucho mejor a la hora de capturar agua, por lo que no son muy útiles con gases de combustión húmedos. Parece que, dentro del material, el CO2 y el agua compiten para ocupar los mismos sitios de adsorción, pero realmente la estructura del material es la que atrapa la molécula objetivo.


Previendo este problema los científicos diseñaron el nuevo material, en el cual no es afectado por las moléculas de agua y puede capturar con mayor eficiencia el CO2 de los gases de combustión húmedos.


Para superar la dificultad de diseñar nuevos materiales utilizaron métodos computacionales. Actualmente el crear un fármaco es muy complejo y costoso, por lo cual en estos últimos años se están utilizando métodos computacionales para hacer millones de pruebas con moléculas para ver cuales se unirán a cierta proteína relacionada con la enfermedad en cuestión.


Los científicos de la EPFL, teniendo el mismo punto de vista, generaron 325,000 materiales por computadora con el fin de unirlo con el CO2. Todos los materiales pertenecen a la familia de la Estructura Organometálica (MOF), para reducir este número buscaron entre los MOFs, estructuras que se unan muy bien con el CO2 y no con el agua. La búsqueda se redujo a 35 materiales luego de agregar los parámetros de especificidad y eficiencia.


Para este demostrar este trabajo hicieron colaboraciones con la Universidad de California Berkeley, la Universidad de Ottawa, la Universidad Heriot-Watt y la Universidad de Granada.


"Los experimentos llevados a cabo en Berkeley mostraron que todas nuestras predicciones eran correctas", dice Smit. "El grupo en Heriot-Watt demostró que nuestros materiales diseñados pueden capturar el dióxido de carbono de los gases de combustión húmedos mejor que los materiales comerciales.


Referencia:

Nik Papageorgiou. New material design tops carbon-capture from wet flue gases, EPFL News, 11 de diciembre, 2019; DOI: 10.1038/s41586-019-1798-7 


Redaccion: Dennis Gonzales - UNILA 

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jueves, 27 de agosto de 2020

Nueva tecnología en transistores, un ahorro enorme de energía

agosto 27, 2020

Resumen: Hoy en día las personas utilizamos continuamente ciertos dispositivos electrónicos, como las computadoras portátiles, los teléfonos y relojes inteligentes, para su uso continuo es necesario abastecerlo con grandes cantidades de energía, gran parte de esta es desperdiciada.



Los transistores son utilizados en la mayoría de los circuitos electrónicos es decir es el componente principal de los dispositivos electrónicos modernos. La búsqueda de un transistor con mayor eficiencia energética, llevó al profesor Adrian Ionescu y su equipo en el Laboratorio de Dispositivos Nanoelectrónicos de EPFL (Nanolab) a realizar una serie de proyectos con el objetivo de diseñar tecnología electrónica para dispositivos portátiles, que sea similar en eficiencia a las neuronas humanas, ya que estas consumen 20 vatios de energía (tres veces menos que un foco promedio de los hogares) y pueden realizar tareas de orden de magnitud más complejo que una computadora, como ser capaz de analizar la información proporcionada por nuestros sentidos y generar procesos inteligentes de toma de decisiones.


Este equipo desarrolló un transistor de tamaño nanométrico con materiales semiconductores comprendido por capas 2D de diselenuro de tungsteno (WSe2) y diselenuro de estaño (SnSe2), conocido como un transistor de túnel 2D/2D, el cual cumple el mismo papel que los transistores convencionales, pero usa mucha menos energía. Al probar este nuevo transistor vieron que esto establecería un nuevo estándar para la eficiencia energética en el proceso de conmutación digital ya que presentó un rendimiento más alto y menor necesidad de suministro de voltaje que un transistor estándar.


Esta nueva tecnología opera a 300mV (milivotios) un valor muy cercano a lo que necesitan las neuronas, 100mv. Convirtiéndolo en 10 veces más eficiente que un transistor estándar. Ningún otro componente electrónico en existencia hoy se acerca a este nivel de eficiencia.


Proyectos aplicados a tecnologías portátiles y chips para IA de última generación aún son cosas de laboratorio y requerirán de mucha investigación para poder fabricar un producto industrial.


Referencia:

V. Geneux. Transistor sets a new standard for energy efficiency, EPFL News, 12 de maio, 2020; DOI: 10.1038/s41699-020-0142-2


Redaccion: Dennis Gonzales - UNILA
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Ingenieros crean una nueva manera de almacenar datos

agosto 27, 2020

 



Resumen: Los investigadores inventaron una manera de deslizar capas atómicamente finas de materiales 2D una sobre otra para almacenar datos, en menos espacio y usando menos energía.



Un grupo de investigación de Stanford creó una manera de almacenar datos deslizando camadas atómicas finas de metal una sobre otra. Con eso, es posible guardar más datos en menos espacio que en los chips de Silicio, además de usar menos energía. La investigación liderada por Aaron Lindenberg, profesor de ciencia e ingeniería de materiales de Stanford, sería una innovación en almacenamiento de memoria no volátil que los computadores de hoy realizan con tecnologías basadas en silicio.


La innovación está basada en una clase de metales recién descubierta que forma capas increíblemente finas, en este caso con apenas tres átomos de grosor. Los investigadores apilaron esas capas hechas de un metal conocido como ditellurida de tungsteno. “La organización de las capas se vuelve un método para codificar informaciones”, dice Lindenberg creando algo que almacene daros binarios.


Para leer los datos almacenados entre esas capas variables de atomos, los investigadores exploraron una propiedad cuántica conocida como curvatura de Berry, que actúa como un campo magnético para manipular los electrones en el material y leer el arreglo de las capas sin perturbar la pila.


Jun Xiao, investigador de posdoctorado en el laboratorio de Lindenberg y primer autor del artículo, dice que es necesario poca energía para cambiar las capas de un lado para otro. Eso significa que debe usar menos energía para “grabar” un cero o uno en el nuevo dispositivo del que es necesario para las tecnologías de memoria no volátil de hoy. Además de eso, con base en investigaciones del mismo grupo publicado en la revista Nature, el deslizamiento de las capas atómicas puede ocurrir tan rápido que con las tecnologías actuales.


El design del dispositivo prototipo se basó en parte en cálculos teóricos. Despues que fue observado resultados experimentales consistentes con las previsiones teóricas, fueron hechos cálculos adicionales que los llevaron a creer que refinamientos adicionales en su design mejorarían mucho la capacidad de almacenamiento, abriendo camino para una nueva y distante clase más poderosa de memoria no volátil usando materiales 2D ultra finos.


El equipo patentó su tecnología mientras mejora aún más su prototipo y design de memoria. Ellos también planean buscar otros materiales 2D que puedas funcionar aún mejor como medio de almacenamiento de datos que los la ditellurita de tungsteno.

Según Lindenberg, la conclusión científica “es que pequeños ajustes es esas capas ultra finas ejercen una gran influencia en sus propiedades. Podemos usar ese conocimiento para proyectar dispositivos nuevos y con eficiencia de energía en dirección a un futuro sustentable e inteligente”.

Referencia:

Andrew Myers. Engineers invent a way to store data without using silicon chipsStanford Engineering – Materials Science and Engineering, 30 de junho de 2020.


Redaccion: Nathielle Harka - UNILA
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Nanofibras que protegen contra explosivos

agosto 27, 2020


Resumen: Un gran problema enfrentado por soldados es la falta de protección con una mayor eficiencia. Por lo tanto, un grupo de investigadores desarrollaron un material que pudiese proteger a alguien que trabajo en un ambiente extremo, explorando la relación entre protección mecánica y aislamiento térmico.

Desde la Primera Guerra Mundial, la mayoría de las lesiones no eran por balas y sí por explosiones. Hoy, a mayoría de los soldados usan chaleco antibalas. Sin embargo, una gran parte del cuerpo aún permanece expuesta a los posibles fragmentos y metralla explosiva.


Ha sido muy difícil proyectar algo que proteja contra temperaturas extremas, y que aún se proyecte para proyectiles que puedan causar explosiones, eso pasa por causa de una propiedad fundamental de los materiales. Por lo tanto, gran parte de los chalecos son compuestos por varias capas de materiales diferentes, llevando a que los chalecos sean pesados y voluminosos que, si se usan en los brazos en los brazos y piernas, limitarían severamente la movilidad de un soldado.


Investigadores de la Universidad de Harvard en colaboración con el Centro de Soldados del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de los Estados Unidos de América (CCDC SC) y West Point, desarrollaron un material leve y multifuncional de nanofibras que puede proteger los soldados de temperaturas extremas y amenazas balísticas.


“Cuando yo estaba en combate en Afganistán, vi como un chaleco podría salvar vidas”, dice Kit Parker, profesor de Bioingeniería y Física aplicada en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Jhon A. Paulson de Harvard (SEAS). “También vi cuanto los chalecos pesados podrían limitar la movilidad. Como soldados en el campo de batalla, las tres tareas principales son mover, disparar y comunicarse. Si usted limita una de ellas, disminuye la capacidad de sobrevivencia y coloca en riesgo el éxito de la misión”.


“Nuestro objetivo era proyectar un material multifuncional que pudiese proteger a alguien que trabaja en un ambiente extremo, como un astronauta, bombero o soldado, de las diversas amenazas que enfrentan”, dice Grant M. Gonzalez, que tiene un posdoctorado en el SEAS y fue el primer autor del artículo. Para llegar a ese objetivo, los investigadores necesitaron explorar la relación entre protección mecánica y aislamiento térmico, que son propiedades de la estructura y de la orientación molecular de un material.


Materiales con fuerte protección mecánica, como metales y cerámicas, poseen una estructura molecular altamente ordenada y alineada. Esa estructura permite soportar y distribuís la energía de un golpe directo. Los materiales aislantes, por otro lado, tienen una estructura menos ordenada, lo que impide la transmisión de calor a través del material.


Kevlar y Twaron son productos comercialmente usados en equipamientos de protección y pueden proporcionar protección balística o térmica, dependiendo de cómo son fabricados.  El tejido del Kevlar, por ejemplo, posee una estructura cristalina altamente alineada y es usado en chalecos antibalas. Los aerogeles de Kevlar porosos, por otro lado, demostraron tener alto aislamiento térmico.


“Nuestra idea era usar el Kevlar para combinar la estructura ordenada de fibras de tejidos con la porosidad de los aerogeles para crear fibras alargadas y continuas con espaciamiento poroso en el medio”, dice Gonzalez. “En ese sistema, las fibras largas puedes resistir a un impacto mecánico, mientras los poros limitan la difusión de calor”.


El equipo de investigación utilizo la técnica de immersion Rotary Jet-Spinning (iRJS) para fabricar las fibras. En esta técnica, una solución del polímero liquido es la carga en un reservatorio y empujada por una pequeña abertura. Cuando la solución del polímero dispara para fuera del reservatorio, ella primero pasa por un área al aire libre, donde los polímeros se alargan y las cadenas poliméricas se alinean. En seguida, la solución pasa por un baño líquido que retira el solvente y precipita los polímeros para formar fibras sólidas, A justando la viscosidad de a solución de polímero, los investigadores consiguieron transformar las nanofibras largas y alineadas en hojas porosas, proporcionando orden suficiente para proteger contra proyectiles, pero desorden suficiente para proteger contra el calor.


Para probar las hojas, el equipo de Harvard buscó a sus colaboradores para realizar pruebas balísticas. Fue simulado el impacto de las metrallas disparando grandes proyectiles en la muestra. El equipo realizó pruebas prensando las hojas de nanofibras entre hojas de tejido de Twaron. Ellos observaron poca diferencia en la protección entre una pila de hojas del tejido de Twaron y una pila combinada de tejido de Twaron y nanofibras.


“Las colaboraciones académicas, especialmente las de las universidades como Harvard, ofrecen al CCDC SC una oportunidad de aprovechar la experiencia y las instalaciones de punta para aumentar nuestras propias capacidades de investigación y desenvolvimiento”, dice Kathleen Swana, investigadora del CCDC SC y una de las autoras del artículo.


En pruebas de protección térmica, los investigadores descubrieron que las nanofibras proporcionan 20 veces la capacidad de aislamiento térmico de los Twarin y Kevlar comerciales.


“Mostramos que es posible desarrollar textiles altamente protectores para personas que trabajan en las fuerzas armadas”, dice Parker. “Nuestro desafío ahora es evolucionar los avances científicos en productos innovadores para mis hermanos y hermanas de las fuerzas armadas”.


El Departamento de Desarrollo Tecnológico de Harvard entró con un pedido de patente para la tecnología y está buscando activamente oportunidades de comercialización.


La investigación está publicada en la revista Matter.


Referencia:
Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences. Multifunctional nanofiber protects against explosions. Phys.org, 29 de junho, 2020: DOI: 10.1016/j.matt.2020.06.001 

Redacción: Nathielle Harka
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jueves, 2 de julio de 2020

Como mantener alimentos frescos y evitar el desperdicio utilizando envases ecológicamente correctos

julio 02, 2020
Resumen: Cerca de un tercio de todo el alimento producido para el consumo humano son perdidos o desperdiciados globalmente cada año. Por lo tanto, hay una necesidad creciente de desenvolver los materiales de los envases innovadores, que extiendan la vida útil de los alimentos para reducir el desperdicio.


Gran parte de los alimentos producidos en el mundo son perdidos. Desperdiciar la comida levanta preocupaciones económicas, éticas y preocupa también por los impactos ambientales. El proyecto YPACK viene creando envases ecológicamente correctos en forma de bandejas y películas protectoras para garantizar que los alimentos puedan mantenerse frescos por más tiempo y para que no perjudique el medio ambiente. El envase sustentable YPACK es hecha de subproductos alimentares, como suero de queso y cáscara de la almendra que, de otra forma, podrían ser desechados.


El envase es hecho a partir de un biopolímero sustentable, poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato), producido a partir del suero del queso y micro celulosa a partir de cáscaras de almendra. Fue descubierto que la integración del óxido de zinc y del aceite esencial de orégano ayuda a proteger contra la contaminación bacteriana en los envases de alimentos.


Los envases de alimentos producidas por ese biopolímero pueden degradarse en 90 días. Esos nuevos descubrimientos indican el potencial de los envases biopoliméricos para aumentar la vida útil de productos frescos, como carne, frutas y pastas frescas. El coordinador del proyecto, Dr. José María Lagarón, comenta: “Vemos un futuro muy brillante para materiales de envases reciclados, siempre que el envase sea funcional. Eso significa que este puede sustituir el material no ecológico existente. El principal aspecto es que el envase, en el fin de su vida útil, puede ser descartado con el resto de los residuos orgánicos.


La investigación apunta para las propiedades antimicrobianas de los compuestos de óxido de zinc y aceite de orégano que protegen contra dos bacterias que pueden causar intoxicación alimentar, Staphylococcus aureus y Escherichia coli.


De acuerdo con el coordinador del proyecto, fue estudiado envases para frutas cortadas y carne cruda, y envases que pueden ser abiertos y cerrados varias veces, como bolsas de pan y paquetes de rebanadas de jamón. Los compañeros de YPACK observan “que la mejoría de la vida útil en 20% y 50% tiene el potencial de reducir el desperdicio de alimentos de 12.5% a 30%, respectivamente.”


El proyecto YPACK (Envases a base de polihidroxialcanoatos de alto desempeño para minimizar el desperdicio de alimentos) terminará en octubre de 2020. Un comunicado en el sitio web del proyecto afirma que las pruebas de vencimiento de productos alimentares en los envases YPACK “están planeados para carne, pepinos para bebes y pastas frescas”.


Referencia:
CORDIS. How to prolong shelf life and avoid food waste. phys.org, 24 de junio de 2020.

Reddación: Nathielle Harka
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La impresión 3D y su aplicación en polímeros conductores

julio 02, 2020
Resumen: Para combatir la contaminación producida por los plásticos que afecta los mares, investigadores de la Universidad de Cornell desarrollaron un nuevo polímero capaz de degradarse con la radiación ultravioleta.



La fabricación de materiales a base de polímeros conductores tiene muchas limitaciones, la impresión 3D puede ser la solución, pero solo utilizando estructuras simples. Se busca utilizar a los polímeros conductores debido a la combinación de propiedades de un polímero común y la conductividad eléctrica intrínseca que poseen.

Diseñaron una tinta polimérica con propiedades reológicas favorables para la impresión 3D teniendo alta resolución, alta relación de aspecto, fabricación altamente reproducible de polímeros conductores. Generalmente este tipo de polímeros son utilizados en forma de solución de polímero cuya baja viscosidad impide su uso directo para la impresión 3D.

En este estudio los científicos usaron una tinta de polímero conductor imprimible en 3D de alto rendimiento basada en PEDOT: PSS, con la viscosidad del polímero se observó que dependía directamente de la concentración de las nanofibrillas de PEDOT:PSS, una baja viscosidad provoca la dispersión lateral de las tintas impresas en 3D sobre el sustrato y una alta viscosidad obstruye las boquillas de impresión, por lo que se buscó una concentración de nanofibrillas intermedia para que sea capaz de ser imprimible con propiedades reológicas óptimas.

Esta tinta puede ser almacenada durante un mes en condiciones ambientales sin alguna variación de su capacidad de impresión. Luego de la impresión 3D, se secan y se recocen los polímeros conductores para eliminar algún solvente residual y así facilitar la formación de dominios cristalinos ricos en PEDOT y la posterior filtración entre las nanofibrillas de PEDOT:PSS, las estructuras de PEDOT:PSS puro y seco pueden ser convertidas fácilmente en hidrogeles estables mediante una hinchazón en un ambiente húmedo.

La conductividad en estado seco es cinco veces más que en su estado hidrogel. La flexibilidad de este polímero conductor impreso en 3D es un poco mayor en su estado hidrogel que en su estado seco, al ser flexionados por tracción y compresión muestra una pequeña variación de la conductividad en ambos estados. Los polímeros impresos en 3D muestran una alta capacidad de almacenamiento de carga. Los científicos realizaron experimentos con una sonda neural de señales bioelectrónicas in vivo de fácil fabricación, mostrando buenos resultados.

Para la caracterización se realizaron varias técnicas e instrumentos, como la microscopia electrónica de barredura, dispersión de rayos X de ángulo pequeño, reometría giratoria, nanoindentación, prueba estándar de cuatro puntos, voltimetría cíclica y espectroscopía de impedancia electroquímica.

Referencia:
Hyunwoo YukBaoyang LuShen LinKai QuJingkun XuJianhong Luo & Xuanhe Zhao3D printing of conducting polymers. Nature Communications. March 30, 2020

Reddación: Dennis Gonzales
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