Un equipo dirigido por la Universidad Northwestern ha creado un nuevo material bidimensional (2D) que combina una resistencia y flexibilidad excepcionales. Descrito como una cota de malla interconectada, este material innovador es liviano y tiene el potencial de usarse en aplicaciones como armaduras corporales avanzadas y otros usos de alto rendimiento. Al avance se le atribuye el desarrollo de un proceso de polimerización escalable, que crea enlaces mecánicos densos y se dice que logró un récord de 100 billones de enlaces mecánicos por centímetro cuadrado.
Proceso de estructuración y desarrollo.
De acuerdo a investigación Este material, publicado en la revista Science, es el primero de su tipo y es un polímero bidimensional reticulado mecánicamente. El equipo utilizó monómeros en forma de X y los dispuso en una estructura cristalina para facilitar la formación de enlaces mecánicos. William Dichtel, profesor de química en el Centro Robert L. Litzinger, en un comunicado, según lo informado en phys.org, señaló que esta nueva estructura polimérica proporciona una resistencia única al desgarro.
Explicó que el material es capaz de disipar fuerzas aplicadas en diferentes direcciones debido a la libertad de movimiento dentro de sus uniones mecánicas. Madison Pardo, candidata a doctorado y primera autora del estudio, se dice Inventó el concepto de composición de la materia. Dichtel describió la operación como “alto riesgo y alta recompensa” y atribuyó su éxito al replanteamiento de los métodos tradicionales para abordar el problema. molecular Interacciones cristalinas. Se dice que las capas resultantes de láminas de polímero entrelazadas proporcionan rigidez y flexibilidad, mientras que investigadores de la Universidad de Cornell han confirmado su estructura utilizando técnicas avanzadas de microscopía electrónica.
Funciones y aplicaciones mejoradas
La resistencia inherente del material inspiró a investigadores de la Universidad de Duke, dirigidos por Matthew Baker, a incorporarlo en Ultem, un polímero resistente utilizado en condiciones extremas. Se dice que un compuesto que contiene sólo el 2,5 por ciento del nuevo material aumentó significativamente la dureza del Ultem. Dichtel sugirió que el polímero podría servir como material especial para tejidos balísticos y equipos de protección ligeros.
El estudio estuvo dedicado al fallecido Sir Fraser Stoddart, quien fue pionero en el concepto de enlaces mecánicos y ganó el Premio Nobel de Química en 2016 por sus contribuciones a las máquinas moleculares.
Los científicos han descubierto un vínculo único entre las paredes del campo ferroeléctrico y la superconductividad en materiales 2D de van der Waals. Este logro, atribuido a la investigación de Gaurav Chaudhary de la Universidad de Cambridge e Ivar Martin del Laboratorio Nacional Argonne, destaca cómo las características estructurales específicas de estos materiales permiten fuertes interacciones electrónicas. Se espera que los resultados allanen el camino para nuevos dispositivos superconductores y aplicaciones innovadoras en el campo de la física de la materia condensada.
Deslizamiento de ferroelectricidad e inversión de polarización.
De acuerdo a Como informa phys.org, la ferroelectricidad deslizante en algunos materiales 2D de van der Waals, incluido el nitruro de boro y los dicalcogenuros de metales de transición (TMD), facilita la inversión de la polarización bajo campos eléctricos moderados. Este fenómeno permite la manipulación a gran escala del apilamiento de capas, lo que afecta en gran medida a las propiedades electrónicas del material. Los investigadores observaron que las paredes de banda (los límites que separan regiones con diferentes orientaciones de polarización fotoeléctrica) exhiben propiedades únicas que mejoran Electrón-Acoplamiento de fonones.
Superconductividad observada en las paredes del dominio.
El estudio reveló que en materiales como el ditelluuro de molibdeno (MoTe₂), la superconductividad aumenta transitoriamente cerca de las transiciones de reflectividad fotoeléctrica. Esta mejora se produce dentro de bucles de histéresis donde coexisten campos de polarización variable. Se han identificado fluctuaciones dinámicas en las paredes del dominio como el mecanismo impulsor de las interacciones de acoplamiento ordenadas. Superconductividad. Se ha destacado que estas condiciones se limitan a los TMD 2D, que admiten fotovoltaica interfacial sin dejar de ser conductores dentro de sus planos.
Investigaciones y aplicaciones futuras
Choudhury y Martin señalan a phys.org que sus hallazgos tienen potencial para desarrollar dispositivos superconductores altamente controlables. Se están realizando esfuerzos para explorar el diseño sistemático de nuevos superconductores mediante capas. Polaridad Materiales y utilización de redes de muros de dominio en sistemas muaré. También destacaron la necesidad de realizar más investigaciones para validar sus modelos teóricos mediante simulaciones microscópicas avanzadas. Este estudio ha despertado el interés entre los científicos que pretenden descubrir mecanismos no convencionales de superconductividad, lo que representa un importante paso adelante en la comprensión y el uso de las propiedades de los materiales 2D.
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Supremo
El thriller de 1993 de Sidney Pollack, “The Firm”, fue el primero de una larga lista de películas exitosas basadas en… Producción literaria de John Grisham. Grisham, para quienes no lo conocen, fue un abogado convertido en escritor autor de varios best-sellers de suspenso jurídico a lo largo de la década de 1990, entre ellos “The Pelican Summary”, “The Client”, “The Chamber” y “A Hora de… matar” y “Tiempo de matar”. “Y 'El jurado fugitivo'”. Hubo un tiempo en el que nadie estaba en el aeropuerto sin una novela de Grisham a mano. La mayoría de los libros de Grisham trataban sobre un joven abogado engreído, nuevo en la profesión, que descubre una gran conspiración legal. Hasta la fecha, los libros de Grisham han sido publicados alrededor de 50 novelas y cuatro libros de no ficción, y muchas de sus exitosas obras. Se ha adaptado a películas igualmente exitosas..
La producción de “The Firm”, de Bullock, que costó 42 millones de dólares, está protagonizada por Tom Cruise como Mitch McDeere, un recién graduado de la facultad de derecho que descubre un plan de lavado de dinero y fraude fiscal (y posibles actos de violencia) conectados con la firma donde consiguió un trabajo. Tenía un elenco impresionante, que incluía a Holly Hunter, Ed Harris, Gene Tripplehorn, Hal Holbrook, Wilford Brimley, Gary Busey y David Strathairn. Gene Hackman apareció como un personaje llamado Avery Tolar que sirvió como mentor de Mitch en la empresa titular. La “empresa” generó más de 270 millones de dólares. Ajustado a la inflación, eso equivaldría a unos 590 millones de dólares en la actualidad. La película fue la quinta película más taquillera de ese año, detrás de Jurassic Park, Mrs. Doubtfire, El fugitivo y La lista de Schindler.
Hackman juega un papel importante en “The Firm”, pero su nombre no aparece en el cartel. Desde el punto de vista propagandístico, ésta fue una elección extraña. ¿Por qué no vender el hecho de que tienes un actor de la talla de Hackman en tu película? El nombre de Hackman parece haber quedado fuera de los materiales promocionales de “The Firm” debido a un casting de último minuto y a un enredo contractual algo complicado. La historia fue cubierta por Artículo de 1993 en Los Angeles Times.
El nombre de Gene Hackman quedó fuera de los carteles de The Firm debido al casting de último minuto y al caos contractual.
Supremo
Los Angeles Times señaló que Hackman no era la elección original para interpretar a Avery en The Firm. En realidad, los realizadores esperaban cambiar el género del personaje del libro y elegir a Meryl Streep para el papel. Streep todavía era parte del proyecto cuando comenzó oficialmente la producción, pero John Grisham expresó sus objeciones. No quería que Streep desempeñara el papel, ya que sentía que Avery debería seguir siendo un personaje masculino. Hackman fue contratado como reemplazo al final del proceso de producción.
Sin embargo, la incorporación tardía de Hackman provocó algunos problemas publicitarios. Cruise, la estrella indiscutible de “The Firm”, ya había negociado con Paramount para que su nombre apareciera primero en carteles, vallas publicitarias y otros materiales publicitarios. mira la etiqueta De hecho, revela que su nombre aparece en un lugar destacado en la parte superior. Sin embargo, Hackman también quería una facturación superior para el título, ya que sentía que era una especie de coprotagonista de Cruise. Un publicista dijo en ese momento: “Esta es una ciudad de precedentes y… [Mr. Hackman is] Bien establecido encima del título, ¿por qué debería estar debajo del título?
Pero aparentemente Paramount rechazó la solicitud de Hackman debido a un mal momento. El representante de Hackman señaló: “Llegó tarde al proyecto, después de que habían comenzado a filmar, y le ofrecieron el papel después de que elaboraron un plan de marketing centrado en Tom. Tenía la opción de decir 'no' o resolver otro problema de facturación”.
En lugar de forzar el asunto, Hackman simplemente solicitó que su nombre fuera eliminado por completo de cualquier material promocional. En la misma película, Hackman obtuvo el segundo lugar en los créditos iniciales y finales. Pero su nombre no aparece en ninguna parte del anuncio de “empresa”. El artículo de Los Angeles Times fue escrito para asegurarle al público que sí, Gene Hackman ya está en “The Firm”.
Hackman apareció en las adaptaciones de John Grisham The Chamber en 1996 y Runaway Jury en 2003. Apareció en carteles de ambas.
Una representación de un material de caucho para cepillos de botellas y un compuesto de nanotubos de carbono que los investigadores creen que tiene un uso potencial como electrodo cerebral.Crédito: Shaw, P. et al. Naturaleza común. 14623 (2023)/CC POR 4.0
Cuando Shuai Xu se propuso crear un biosensor portátil para monitorear los signos vitales de bebés prematuros y recién nacidos, se enfrentó a un gran desafío: la piel de estos bebés es tan sensible que el adhesivo utilizado para fijar el sensor podría dañarla, lo que podría provocar una infección. . Al problema se suma el dispositivo duro que tira de la piel cuando el bebé se mueve y los cables que pueden tirar de ella en una dirección diferente. La solución fue construir un sensor blando y estirable, con placas de circuito flexibles y cables de 50 mm de espesor, un gran cambio con respecto a los dispositivos rígidos que han sido durante mucho tiempo el pilar de este tipo de ingeniería. Estaba encerrado en un material de silicona flexible, transmitía sus lecturas a través de Bluetooth y se adhería al cuerpo mediante hidrogel, un material a base de polímero compuesto principalmente de agua. Shaw, dermatólogo, ayudó a desarrollar el dispositivo como investigador postdoctoral en el laboratorio de John Rogers, ingeniero y científico de materiales de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois, pionero en el campo de los materiales blandos.
Shaw se convirtió en el fundador y director ejecutivo de Sibel Health en Chicago, Illinois, una empresa de dispositivos médicos que derrotar naturalezaPremio Spinoff 2020 Vende sensores portátiles para monitorear a los pacientes. Los desafíos que enfrenta Xu son comunes entre los investigadores que intentan desarrollar biosensores y los materiales necesarios para fabricarlos. Los dispositivos deben ser pequeños y livianos, y deben sujetarse al cuerpo con una irritación mínima. En algunos casos, requieren baterías y circuitos de larga duración que puedan manejar la creciente variedad de algoritmos de IA que dan sentido a los datos que recopilan.
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Según una estimación, se estima que el mercado mundial de sensores de salud tendrá un valor de 42.600 millones de dólares en 2023 y se espera que crezca a 142.200 millones de dólares en 2030. Los dispositivos que se llevan en la muñeca o en los dedos, que están diseñados para contar pasos, medir la frecuencia cardíaca. y los niveles de oxígeno en sangre, y a ellos se les han sumado parches que permiten a los diabéticos controlar continuamente sus niveles de glucosa.
“Esto no es nada despreciable”, dice Shaw. “Pero hay muchas otras cosas, bioquímicas y biofísicas, que todavía no podemos hacer de manera práctica y sostenida”. Saber cómo medir una variedad de señales físicas y químicas de forma económica y no invasiva podría proporcionar información de diagnóstico que podría remodelar la medicina. Esto puede pasar por alto los sensores que toman medidas mecánicas, como la frecuencia cardíaca. Los investigadores también están trabajando en sensores químicos que puedan detectar biomarcadores en la sangre, el sudor y las lágrimas, así como en los fluidos que rodean las células.
Aida Ebrahimi, ingeniera de biosensores de la Universidad Estatal de Pensilvania en State College, está trabajando en materiales que pueden detectar neurotransmisores en la saliva o la orina como la dopamina, la serotonina, la adrenalina y la noradrenalina, que están alterados en personas con enfermedades como el Parkinson o el Alzheimer. Me centré en materiales 2D, que tienen solo una capa atómica de espesor, como el disulfuro de molibdeno. “Al utilizar un material donde todo es superficial, se obtiene una alta sensibilidad al poder detectar una concentración muy baja de biomoléculas”, dice Ebrahimi. Las propiedades materiales de estas películas atómicamente delgadas también son sensibles a la modificación de la superficie. Por ejemplo, la unión de moléculas de manganeso le da al material una afinidad por la dopamina, creando un detector ultrasensible.1.
El sensor suave y elástico ha sido desarrollado para adaptarse a la piel sensible del recién nacido.Crédito: Universidad del Noroeste
Ebrahimi dice que sustancias similares unidas a diferentes moléculas podrían usarse como sensores para otras sustancias químicas que podrían proporcionar información sobre la salud. Su equipo construyó un prototipo del sensor en 2020, que demostró que era capaz de medir la dopamina.1Pero construirlo y verificar su utilidad podría llevar varios años.
Un desafío de medición es que gran parte de la señalización, especialmente en el cerebro, se lleva a cabo mediante el movimiento de iones, mientras que la mayoría de los equipos de monitoreo están diseñados para detectar corrientes eléctricas transportadas por el flujo de electrones. Sahika Inal, bioingeniera de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah en Thuwal, Arabia Saudita, utiliza transistores electroquímicos orgánicos (OECT).2Se trata de dispositivos que pueden detectar señales de biomoléculas, células y capas de grasa y convertirlas en lecturas que pueden medirse mediante equipos electrónicos. Los OECT se pueden construir utilizando conductores iónicos electrónicos orgánicos mixtos (OMIEC), que han sido objeto de gran interés en los últimos años. Los OMIEC son polímeros a través de los cuales pueden fluir fácilmente iones y electrones. Cuando parte del transistor experimenta un pequeño cambio en la característica que está midiendo, el OMIEC amplifica esa señal. Al tratarse de un polímero orgánico, el material es más compatible con el ambiente húmedo del cuerpo que un transistor electrónico estándar, que debe encapsularse para protegerlo de los líquidos. Gracias a ello se puede desarrollar una electrónica que “se pueda integrar directamente en un sistema biológico”, afirma Inal.
OECT se puede imprimir directamente sobre la superficie de la piel para detectar señales biológicas, por ejemplo, o se puede construir sobre hebras de tela para crear prendas y fundas biológicamente sensibles que puedan resistir el lavado. También tiene el potencial de reemplazar los electrodos rígidos utilizados en implantes cerebrales para controlar prótesis y monitorear la actividad eléctrica en pacientes con convulsiones. Su flexibilidad y biocompatibilidad pueden causar menos irritación en el tejido cerebral, lo que puede hacer que los electrodos sean menos sensibles.
En la Universidad de Toronto, el ingeniero mecánico Xinyu Liu y la ingeniera química Helen Tran han desarrollado otro material suave y flexible para usarlo como electrodo para el cerebro.3. Llamado elastómero del cepillo para biberones, es un material similar al caucho hecho de una molécula que tiene una columna vertebral larga y resistente, que mantiene su estructura, rodeada de cerdas cortas y flexibles, para brindar suavidad. Para darle conductividad eléctrica al material, Liu y Tran agregaron un material de relleno, ya sea nanotubos de carbono o una mezcla de lámina de plata y galio eutéctico, un semiconductor en forma líquida. Sin embargo, les preocupa que el relleno pueda filtrarse y tener efectos tóxicos, por lo que quieren deshacerse de él. “En última instancia, nos gustaría diseñar un polímero que sea blando y conductor de electrones”, dice Tran. “Estas demandas son a menudo contradictorias”.
El laboratorio de Liu también está trabajando en sensores portátiles. Uno, a base de hidrogel, está diseñado para amoldarse a la piel y medir la presión cuando se dobla una parte del cuerpo, como la rodilla, por ejemplo.4. Un dispositivo de este tipo podría resultar útil para controlar el rendimiento de un atleta o evaluar la artritis.
Otro sensor que están desarrollando coloca nanocables de óxido de zinc en un hilo de algodón para crear textiles electrónicos que pueden medir sustancias como el lactato y el sodio en el sudor. El material se puede tejer en una camiseta o cinta para la cabeza para controlar la salud de un atleta.5.
Xu ve muchas oportunidades para los nuevos biosensores. “La IA genera nuevos algoritmos, que luego pueden integrarse en los sensores para aprender de las mediciones que registran y reaccionar ante ellas”, afirma. Esto puede requerir el desarrollo de procesadores que puedan funcionar con la energía limitada disponible en los sensores. Ayuda, así como alternativas como la acumulación de energía a partir del movimiento o el calor corporal. Dice que los dispositivos que podrían combinar lecturas (niveles de glucosa y frecuencia cardíaca, por ejemplo) podrían ser transformadores y también le gustaría poder detectar las hormonas del estrés que podrían hacerlo. usarse para monitorear la fatiga, o metabolitos de drogas para investigar Desde comer Pacientes para medicamentos.
Los biosensores tienen el potencial de recopilar mucha información útil y hacerlo en situaciones cotidianas puede brindar una imagen más realista de la salud que una sola prueba médica. “Esté enfermo o no”, dice Shaw, la gente no pasa la mayor parte del tiempo en una clínica u hospital. Creo que es realmente importante poder realizar un seguimiento de la salud “y utilizar la tecnología usted mismo”.
Shobana Narasimhan da una conferencia en Bengaluru sobre el tema de las mujeres en la ciencia.Crédito: CreativeMornings Bangalore
El impacto global de la investigación en ciencia de materiales en la India está aumentando, y los datos del Nature Index muestran este aumento. Subió seis puestos en el ranking de países Desde 2019. Pero datos separados del editor Elsevier apuntan a un problema más preocupante: que los artículos escritos por hombres en la India tienen un mayor impacto en las citas que los escritos por mujeres. Y la brecha se está ampliando. Los datos de Elsevier utilizaron una métrica llamada Field Citation Impact (FWCI), que compara las citas recibidas por individuos o grupos con el promedio de investigaciones similares en el campo. En 2022, contará con científicos de materiales masculinos con sede en la India. 10% más que las mujeres que trabajan en el país.
La brecha de género no es tan pronunciada en otras áreas; En ciencias agrícolas y biológicas, por ejemplo, el índice global de agua para los hombres es sólo un 2,66% más alto que el de las mujeres.
Según la nanocientífica computacional Shobhana Narasimhan, que dirige la Iniciativa Mujeres en la Ciencia de la Academia de Ciencias de la India, varios factores se esconden detrás de la brecha de influencia de género y la cuestión separada, pero relacionada, de que las mujeres siguen superando significativamente a los hombres en este campo.
¿Por qué la ciencia de los materiales en particular parece tener un problema?
No tengo una respuesta sencilla. En la India tenemos una proporción muy alta de mujeres hasta el nivel de doctorado, seguida de una disminución significativa: casi la mitad de los estudiantes de doctorado en ciencias son mujeres, pero constituyen menos del 20% de los científicos en activo.
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No pude encontrar estadísticas específicas para la ciencia de materiales en la India, así que visité las páginas web de unos 14 departamentos universitarios y conté el número de mujeres en el personal. Lo que vi es que el 11,5% de los científicos son mujeres. Variaban desde departamentos sin mujeres hasta un departamento donde el 25% eran mujeres. Esto demuestra que todavía hay una batalla cuesta arriba.
¿Existe un vínculo entre la representación de las mujeres y los resultados de su influencia?
No tengo la impresión de que la gente en la India tenga una percepción de que las mujeres sean intelectualmente inferiores, pero hay una creencia muy fuerte sobre qué roles sociales deberían tener las mujeres, que realmente deberían ser esposas y madres primero y científicas después.
Esta situación dificulta que las mujeres se unan a organizaciones destacadas, y las investigaciones han demostrado que es más fácil publicar su manuscrito si trabaja en organizaciones prestigiosas. Los mejores trabajos son para los hombres. A las mujeres les resulta difícil ingresar a grupos de investigación de alto nivel y acceder a sus recursos. Una prestigiosa institución india hizo un seguimiento de los candidatos preseleccionados para puestos académicos y les pidió que hicieran una presentación de su trabajo, y descubrió que entre el 15% y el 20% de los hombres recibieron esa solicitud, en comparación con sólo el 3%. % al 5% de las mujeres. Esto demuestra lo difícil que es como mujer hacerse un nombre y progresar en este campo.
¿Qué hay que cambiar para corregir el equilibrio?
Personas en este campo me han hecho la misma pregunta muchas veces. Suelo decir que necesitamos cambiar el concepto de que el mundo bueno funciona 24 horas al día, 7 días a la semana. Este punto de vista es común en la India y perjudica a las mujeres porque hay muchas otras expectativas sociales sobre nosotras. Es completamente posible trabajar ocho horas al día y hacer ciencia de manera excelente.
¿Encuentra hombres involucrados en esta pregunta y buscando soluciones?
Cuando hablas con ellos, suelen coincidir en que es muy malo. Algunas de ellas dirán: “Ustedes, mujeres, tienen que hacer algo al respecto”. Les digo que no son sólo las mujeres, les pregunto por qué no hacen algo al respecto y me miran con horror. Es increíble que tantos hombres hagan algo y me molesta. Lo que es aún peor es que si le hago una sugerencia a un hombre en el poder, a veces me dicen cosas como “Ustedes las mujeres no saben cómo ayudarse a sí mismas”. Esto es ofensivo y afectuoso. La respuesta suele ser: “Es tu problema”, seguida de que dicen que saben mejor cuándo intentamos mejorar las cosas.
¿Es usted optimista sobre las futuras generaciones de mujeres?
Las actitudes no cambian tan rápido como deberían. Se podría decir que sólo tenemos que esperar a que los dinosaurios se retiren, pero eso no es necesariamente cierto. Sin embargo, hay motivos para esperar que las cosas mejoren. En los premios científicos concedidos por el gobierno, los criterios estipulan ahora claramente que se puede tener en cuenta el género, algo que hasta hace poco hubiera sido impensable. También incluyó capítulos específicos sobre equidad e inclusión en los documentos de políticas.
Sugeriría que, además de anunciar y lanzar iniciativas para ayudar a las mujeres en la ciencia, el gobierno podría comprobar posteriormente el éxito de los programas y ver qué podemos aprender de lo que funciona y de lo que no.
Sólo desearía que hubiera mejores estadísticas y más datos. El tipo de preguntas que haces son muy importantes y sería bueno tener respuestas más válidas, porque mucho de lo que digo son especulaciones o anécdotas. Sería bueno que hubiera estudios detallados.
Esta entrevista ha sido editada para mayor extensión y claridad.
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Un trabajador inspecciona la producción de materiales con bajas emisiones de carbono en Huaibei, en el este de China.Crédito: Norphoto/Getty
Comprar helado cuando hace calor es un desafío para quienes prefieren limitarse a su merienda de verano: pueden pasar unos segundos antes de que el producto más duro se convierta en sopa. Un experimento realizado por un equipo de investigadores en China ofrece cierta esperanza a quienes padecen estos problemas de gestión del tiempo. La envoltura biodegradable de “enfriamiento pasivo”, que funciona en parte irradiando calor al espacio, mantiene el helado completamente intacto durante 80 minutos después de exponerlo al sol.1.
El experimento tenía un motivo importante. Según Jia Zhou, investigador de ciencia de materiales de la Universidad de Nanjing que dirigió este trabajo, se ha demostrado que dichos materiales tienen un enorme potencial en un clima cálido. cuando 80 metros2 Se aplicó una capa del mismo material a la superficie del glaciar Tianshan nº 1 de China en Xinjiang, y la parte cubierta era unos 70 cm más alta después de 20 días. Otros investigadores han utilizado materiales similares en tejados para enfriar edificios sin consumir energía.
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La búsqueda de soluciones de refrigeración pasiva es un ejemplo del auge de la investigación en tecnología verde basada en materiales que se está produciendo en toda Asia, un enfoque que puede ser un factor detrás del creciente dominio de la ciencia de materiales en el Índice de la Naturaleza de los países asiáticos. En 2023, China, Japón, Corea del Sur, India y Singapur ocuparán el top 10 mundial en producción de ciencia de materiales por país. En conjunto, su participación combinada (la métrica que mide la producción de un país u organización en las revistas indexadas) Representa el 63% de la producción mundial en este campo.
Gran parte del trabajo sobre materiales ecológicos está dominado por la investigación. Baterías y células solares de próxima generaciónPero hay muchas otras tecnologías bajo investigación, que a menudo se centran en materiales diseñados para interactuar con la luz solar de maneras inusuales y potencialmente útiles.
“En la naturaleza, la luz y el calor son las formas de energía más poderosas”, dice Zhou. “Exploro formas de manipular la luz y el calor utilizando materiales estructurados jerárquicamente”. El estudio del helado mostró una estructura jerárquica en funcionamiento. A nivel microscópico, los poros de la capa de acetato de celulosa de origen vegetal se dispersan y reflejan la luz solar entrante, haciendo rebotar el calor solar. A nivel de nanoescala, la estructura atómica de la película irradia calor dentro de una banda de luz infrarroja conocida como ventana transparente de la atmósfera. Este calor no es reabsorbido por ningún gas atmosférico, sino que se pierde en el espacio, utilizando el universo como un gran disipador de calor para mantener frescos los objetos de la Tierra.
Al mantener los objetos frescos sin consumir energía, estos materiales de enfriamiento radiativo podrían ser clave para combatir el sobrecalentamiento urbano, dice el científico de materiales Xiaobo Yin, que está desarrollando materiales de enfriamiento pasivo en la Universidad de Hong Kong. “El aire acondicionado transfiere calor del interior de la casa al exterior, mientras consume energía, añadiendo más calor al ambiente”, dice Yin. “Los edificios o carreteras capaces de enfriarse por radiación son la única forma de expulsar el exceso de calor de la Tierra”.
Las principales ciudades de Asia se encuentran entre los lugares donde El enfriamiento pasivo será lo más importanteÉsta es una de las razones por las que la investigación sobre materiales sostenibles es una prioridad en muchos países asiáticos, dice Yin, que se mudó a Hong Kong desde Estados Unidos en 2021. Según Zhu, también es útil llegar a un consenso sobre la necesidad de tomar medidas para hacer frente al cambio climático. “No creo que la gente en China tenga ninguna duda de que el cambio climático es real”, afirma.
Zhu, que pasó casi una década estudiando y trabajando en los Estados Unidos (en la Universidad de Stanford en California y en la Universidad de California, Berkeley) antes de unirse a la Universidad de Nanjing en 2013, señala la evidencia existente de que los desafíos ambientales se pueden abordar a través de… Tecnología . Cuando regresó a China, por ejemplo, la contaminación atmosférica en las ciudades era rampante. “Quedó muy claro cómo la industrialización impacta el medio ambiente en general”, dice. Pero desde entonces una serie de medidas gubernamentales, incluido el fomento del uso de automóviles eléctricos, han marcado la diferencia, afirma.
Ben Liu, director del Programa Líder de Energía Verde de la Universidad Nacional de Singapur.Crédito: Universidad Nacional de Singapur
La investigación de materiales energéticos verdes también es Importante para la economía Muchos países del este de Asia, dado su “gran enfoque en la manufactura”, un proceso que consume mucha energía, podrían resultar más baratos y con menos emisiones de carbono si cambiaran a energías renovables, añade Zhou. También existe un gran potencial para exportar nuevas tecnologías de energía verde.
“La investigación en ciencia de materiales cuenta con un buen apoyo en países como India y China porque han reconocido el potencial de la investigación básica para impulsar sus industrias manufactureras”, dice Tianyi Ma, científico de materiales de la Universidad RMIT en Melbourne, Australia.
Los países asiáticos también suelen obtener buenos resultados invirtiendo fondos en la fase traslacional de la investigación para vincular mejor las ideas académicas con la industria, añade Ma. “Es una situación en la que todos ganan, porque a cambio, los socios de la industria brindan más apoyo financiero para la investigación básica”.
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Aparte de los materiales que rechazan la luz solar para proporcionar refrigeración, otra área de investigación muy activa en Asia es el desarrollo de materiales que capturen la luz solar y la utilicen para obtener beneficios sostenibles. El último interés de Yin es desarrollar un material semitransparente que capture la luz verde del sol y la reemita como luz roja. “Estamos tratando de adaptar el espectro solar a mejores cultivos”, dice Yin. Las plantas rara vez usan la luz verde de la luz solar para realizar la fotosíntesis, por lo que las hojas aparecen verdes cuando se refleja esta luz, por lo que convertir la parte verde del espectro solar en luz roja la convierte en una forma que las plantas pueden usar.
Fuente: Índice de la Naturaleza
Ajustando el espectro solar de esta manera2La película microfotónica, en la que Yin trabajó por primera vez con sus colegas mientras estaba en los Estados Unidos, impulsó el crecimiento de la lechuga en más de un 20%. Se observaron los mismos beneficios en las plantas cultivadas bajo iluminación. “Para la agricultura vertical o las fábricas de hortalizas, el coste de la energía primaria es la iluminación”, dice Yin. “Es un área donde nuestro trabajo puede contribuir”.
El equipo está desarrollando una versión de la película para la biofabricación sostenible.3. “También queremos diseñar el espectro solar específicamente para el rápido crecimiento de las microalgas”, afirma Yin. La idea es utilizar microalgas para convertir las emisiones de dióxido de carbono en productos valiosos, porque las microalgas absorben dióxido de carbono.2 A medida que crecen, se vuelven ricos en proteínas y aceites que se pueden cosechar. El equipo se centra primero en aplicaciones alimentarias o cosméticas especializadas o de alto valor. “Pero cuanto más crecemos, menores son nuestros costos de producción y más amplia es la gama de productos que podemos considerar”, dice Yin.
Aprovechar la luz para impulsar la conversión de dióxido de carbono2 La transformación en productos valiosos también es un tema candente en Singapur, donde el gobierno está dando prioridad a la investigación de materiales sostenibles, aunque por razones diferentes a las de las principales economías industriales de la región.
“Singapur tiene una grave escasez de recursos naturales”, dice Ben Liu, investigador de ciencias de materiales de la Universidad Nacional de Singapur y director del programa pionero de energía verde de la universidad. “Si podemos convertir el dióxido de carbono2 “Las emisiones de combustibles verdes a gran escala resolverían los problemas de sostenibilidad, así como los problemas de importación de energía en Singapur”, afirma. “El plan quinquenal del gobierno ha dado prioridad a esta área, por lo que el apoyo financiero es enorme en términos de materiales”.
El laboratorio de Liu explora materiales orgánicos fotocatalíticos, que pueden absorber la energía de la luz solar y utilizarla para catalizar reacciones químicas. El equipo utilizó estos materiales para extraer átomos de carbono del dióxido de carbono.2Y los átomos de hidrógeno de las moléculas de agua, antes de combinarse para formar hidrocarburos que pueden servir como fuente de combustible, como el metanol verde.
“Una vez que el costo del metanol verde sea comparable al del metanol petroquímico, el mundo adoptará esta energía renovable”, afirma Liu. Un análisis encontró que el costo principal del metanol verde proviene de la recolección de hidrógeno del agua. “En respuesta, recaudamos dinero para construir un centro nacional de innovación en hidrógeno centrado en cómo reducir el costo del hidrógeno”, dice. La financiación estuvo liderada por una donación de 15 millones de dólares singapurenses (11,1 millones de dólares estadounidenses) de la empresa de inversión estatal Temasek.
El gobierno también está trabajando para mejorar la cooperación con investigadores destacados de otros países. Una de esas iniciativas es el programa Campus Research Excellence and Technology Enterprise (CREATE). “Invitamos a investigadores de muy buenas universidades extranjeras a venir a Singapur para trabajar con nosotros y participar en el desarrollo de nuestros campos y materiales de investigación”, dice Liu. La reciente iniciativa CREATE, que se centra en la descarbonización, recibió 90 millones de dólares singapurenses para incorporar investigadores de 11 instituciones externas, incluida la Universidad de Cambridge en el Reino Unido; Universidad Técnica de Munich, Alemania; Universidad Jiao Tong de Shanghai, China; y Universidad de California, Berkeley.
“Singapur es muy especial porque coopera simultáneamente con Oriente y Occidente, lo cual es inusual en la geopolítica actual”, dice Liu. “Podemos hacer las paces Cooperando con los mejores sociosPara complementar nuestras fortalezas.
Las inversiones gubernamentales a largo plazo y el fuerte apoyo a la cooperación también han contribuido a mejorar el crecimiento en Investigación de materiales sostenibles en Japóndice Kazunari Domen, que estudia materiales fotocatalíticos a base de metales para la producción de hidrógeno verde en la Universidad de Tokio y la Universidad Shinshu en Matsumoto.
Las aplicaciones del mundo real estaban lejos de la mente de Dumaine cuando comenzó a investigar fotocatalizadores que dividen el agua en los años 1980. “Al principio me pareció interesante, pero desde el año 2000, cuando se hizo evidente la necesidad de producir hidrógeno verde para reducir las emisiones de dióxido de carbono, nuestro gobierno empezó a proporcionar un presupuesto continuo y relativamente grande.
Fuente: Índice de la Naturaleza
En 2010, Domain recibió una financiación de 10 años para llevar a cabo su investigación de importancia estratégica, una subvención sin precedentes para Japón. Según él, esto ha marcado una gran diferencia en comparación con los proyectos habituales de cinco años, “porque podemos establecer colaboraciones a largo plazo, incluso con la industria, para lograr avances importantes”. Al principio del proyecto, el equipo había previsto inicialmente un espacio de 1 metro2 Sistema experimental para hidrógeno solar verde, pero en 2021, Domain y sus socios industriales demostraron un sistema piloto de 100 metros2 Una serie de reactores de fotodivisión de agua para producir hidrógeno verde4.
Actualmente se está planificando un sistema de próxima generación, que utilizará un catalizador de alto rendimiento y se proyectará a una distancia de 3.000 metros.2 formación. Ahora, en su segunda fase, el proyecto se financia cada vez más mediante la colaboración con la industria.
Domen señala que la investigación de materiales fotocatalíticos en Japón ha experimentado una transformación a lo largo de su carrera. “Cuando yo era estudiante de posgrado, sólo había cuatro grupos de investigación en fotocatálisis en Japón”, dice. “Ahora hay unas 20 empresas que colaboran pero también compiten”.
Mamá está de acuerdo. El número de investigadores en el bien financiado sector de materiales ecológicos en Asia se ha convertido en un importante impulsor de la productividad científica. “Como este campo se ha convertido en un tema candente de investigación, muchas personas se han sentido atraídas por él, lo que ofrece oportunidades de colaboración pero también aporta competitividad”, afirma. “Hay que trabajar más duro, es una fuerza motriz”.
La investigación de materiales ecológicos está siendo testigo de una competencia cada vez mayor a través de las fronteras internacionales de la región, como resultado del potencial comercial que ofrece. Por ejemplo, la cooperación en ciencia de materiales entre Japón y China continúa creciendo y es la segunda asociación más productiva de la región.
Existe una profunda conciencia de que los objetivos económicos a menudo sustentan y pueden influir en las relaciones transfronterizas a medida que las tecnologías emergentes maduran desde la investigación básica hasta las perspectivas comerciales serias. El gobierno japonés, por ejemplo, está preocupado por la capacidad de China de dominar los mercados emergentes de industrias verdes, dice Domen. “China es nuestro muy buen colaborador y nuestro muy buen competidor”.
Pero incluso si fuertes motores económicos ayudan a estimular el desarrollo de tecnologías verdes en Asia, es más probable que esta carrera por desarrollar nuevos productos ayude a enfrentar el cambio climático y genere beneficios ambientales en todo el mundo.
Chip de purificación de ADN.Crédito: Microscopía Dennis Kunkel/SPL
Gran parte del discurso científico sobre el cambio climático, al menos en las discusiones de políticas públicas, está relacionado con el seguimiento del estado del calentamiento global y sus impactos, así como con la resolución de desafíos apremiantes como la reducción de emisiones. La ciencia de los materiales puede no parecer inmediatamente relevante en este caso, aparte de la búsqueda en curso de células solares más eficientes. Pero si miramos más allá de la superficie, queda claro que la búsqueda de soluciones basadas en materiales para los desafíos ambientales es la fuerza impulsora de muchos Investigadores emergentes En este amplio campo.
Índice de la naturaleza 2024 Ciencia de los materiales
Ya sea la búsqueda continua de mejores tecnologías de baterías para vehículos eléctricos, el diseño de materiales de refrigeración que puedan proteger los edificios del calor o formas de convertir los gases de efecto invernadero en productos útiles y sostenibles, los científicos de materiales están liderando la búsqueda de respuestas a problemas aparentemente intratables. . problemas. Las aplicaciones exitosas de esta ciencia también pueden impulsar el crecimiento económico, algo que los países que se encuentran en el centro de la revolución de la tecnología verde pueden: Muchos de ellos están en Asia. -Es probable que esté completamente informado. Dado que es probable que estalle una guerra comercial con la llegada del segundo mandato presidencial de Donald Trump a Estados Unidos, será interesante ver cómo se distribuyen los frutos económicos de esta ciencia de los materiales.
Sin embargo, las preocupaciones medioambientales no son la única motivación para los investigadores de materiales. El diagnóstico médico es sólo un área en la que esperamos que se logren avances Participar en mejorasmediante el diseño de biosensores de última generación que permitan realizar un seguimiento de los pacientes en tiempo real, o incluso detectar problemas de salud antes de que aparezcan. Siempre que se utilicen para beneficiar a personas de todos los ámbitos de la vida, independientemente de su ubicación o ingresos, dichos avances tienen el potencial de ampliar el acceso a la atención médica en todo el mundo.
El MIT crea transistores a nanoescala para electrónica eficiente
El túnel cuántico proporciona bajo voltaje y alto rendimiento
Esta tecnología tiene el potencial de reemplazar la silicona.
Investigadores del MIT han desarrollado un transistor a nanoescala que podría allanar el camino hacia una electrónica más eficiente que los dispositivos basados en silicio.
Los transistores de silicio convencionales, que son cruciales para la mayoría de los dispositivos electrónicos, enfrentan una limitación física conocida como tiranía de Boltzmann, que les impide operar por debajo de un cierto voltaje.
Esta limitación limita la eficiencia energética, especialmente a medida que las aplicaciones modernas, como la inteligencia artificial, avanzan hacia cálculos más rápidos y potentes.
Heteroestructuras de nanocables
Para abordar estas limitaciones, el equipo del MIT creó un nuevo transistor 3D utilizando materiales semiconductores ultrafinos, incluidos el antimonuro de galio y el arseniuro de indio.
El diseño aprovecha un fenómeno de la mecánica cuántica conocido como túnel cuántico, que permite a los electrones viajar a través de la barrera de energía en lugar de evitarla. Esta estructura, que consta de nanocables verticales de sólo unos pocos nanómetros de ancho, permite que estos transistores funcionen a voltajes mucho más bajos mientras mantienen un rendimiento a la par de los transistores de silicio modernos.
“Esta es una tecnología que tiene el potencial de reemplazar al silicio, por lo que se puede usar con todas las funciones que tiene actualmente el silicio, pero con una eficiencia energética mucho mejor”, dijo Yanjie Shao, investigador postdoctoral en el MIT y autor principal del estudio. . Noticias del MIT. Al confiar en transistores de túnel, el dispositivo logra una transición brusca entre los estados “apagado” y “encendido” con bajo voltaje, algo que los transistores de silicio no pueden hacer de manera eficiente.
Los transistores se diseñan utilizando confinamiento cuántico, donde los electrones se controlan dentro de un espacio pequeño, mejorando su capacidad para atravesar barreras. La instalación de última generación del MIT, MIT.nano, ha permitido a los investigadores modelar la geometría 3D precisa necesaria para este efecto, creando heteroestructuras de nanocables con diámetros tan pequeños como 6 nanómetros, los transistores 3D más pequeños reportados hasta la fecha.
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“Tenemos mucha flexibilidad para diseñar estas estructuras de materiales heterogéneos de modo que podamos crear una barrera de túneles muy delgada, lo que nos permite obtener una corriente muy alta”, explica Shaw. Este diseño admite una rampa de conmutación pronunciada, lo que permite que el dispositivo funcione por debajo del límite de voltaje del silicio convencional.
Según Jesús del Álamo, autor principal y profesor Donner de Ingeniería, “con la física convencional, sólo hay un camino limitado que se puede recorrer. El trabajo de Yanji muestra que podemos hacerlo mejor, pero tenemos que usar una física diferente. Todavía quedan muchos desafíos que deben superarse para que este enfoque se vuelva comercial en el futuro, pero en teoría, esto es un verdadero avance.
El equipo de investigación, que incluye a los profesores del MIT Joe Lee, Marco Bala y David Esini, ahora se ha centrado en mejorar los métodos de fabricación para lograr una mayor uniformidad entre los chips. Pequeñas inconsistencias, incluso a nivel nanométrico, pueden afectar el rendimiento del dispositivo, por lo que están explorando diseños de encabezado alternativos que podrían mejorar la coherencia. El estudio publicado en Electrónica de la naturalezafue parcialmente financiado por Intel Corporation, lo que refleja el interés de la industria en explorar soluciones más allá de la tecnología tradicional de silicio.
El gobernador del estado de Rivers, Siminalai Fubara, irrumpió temprano en la mañana del viernes en la oficina central de la Comisión Electoral Independiente del Estado de Rivers (RSIEC) en respuesta a que algunas personas supuestamente intentaban transportar materiales electorales sensibles destinados a las elecciones del gobierno local del sábado.
Hablando en la oficina del RSIEC en Port Harcourt, el gobernador Fubara, junto con altos funcionarios del gobierno, condenaron la medida.
Luego elogió a los agentes de seguridad de turno por su vigilancia.
un plan Se supo que los invasores llegaron a la oficina del RSIEC alrededor de la una de la madrugada del viernes vestidos con uniformes de policía.
Las autoridades policiales aún no se han pronunciado sobre el incidente al momento de llenar este reporte.
La serie iPhone 16 fue presentada por manzana El mes pasado, videos de desmontaje y pruebas de durabilidad de los teléfonos iPhone 16 y iPhone 16 Plus, iPhone 16 Pro y iPhone 16 Pro Max Actualmente están circulando en la web. Recientemente, han aparecido en línea detalles de la lista de materiales (BOM) del iPhone 16 Pro Max, que revelan el costo total de fabricación del dispositivo. El costo de la lista de materiales del último buque insignia es 32 dólares (aproximadamente 2.500 rupias) más alto que el de su predecesor. Este año, Apple actualizó la cámara, la pantalla y el chipset del nuevo iPhone 16 Pro Max, lo que provocó un aumento en el costo de producción del teléfono.
La lista de materiales del iPhone 16 Pro Max asciende a 485 dólares
Según el desglose de costes de TD Cowen visto antes AppleInsider, el coste total de fabricación de la versión de 256 GB del iPhone 16 Pro Max es de 485 dólares (aproximadamente 30.000 rupias). Esto es $32 más que el costo de la lista de materiales del iPhone 15 Pro Max de $453 (aproximadamente Rs. 38,000).
La pantalla y el módulo del sistema de cámara trasera son las partes más caras del iPhone 16 Pro Max a $80 (aproximadamente Rs. 3800), y cada una representa alrededor del 16 por ciento de la lista de materiales. Los mismos componentes de pantalla y cámara trasera del iPhone 15 Pro Max cuestan $75 (aproximadamente Rs. 6200) y $70 (aproximadamente Rs. 6000) respectivamente.
El nuevo botón de control de la cámara del iPhone 16 Pro Max cuesta 19 dólares (aproximadamente 1.500 rupias), sólo 3 dólares más que el botón de acción del iPhone 15 Pro Max, informa TD Cowen. La nueva tecnología RAM cuesta $17 (aproximadamente Rs. 1200), en lugar de $12 (aproximadamente Rs. 1000) para el iPhone 15 Pro Max. El nuevo chip Bionic cuesta 45 dólares (aproximadamente 3.700 rupias), mientras que el almacenamiento interno cuesta 25 dólares (aproximadamente 2.000 rupias).
El precio del iPhone 16 Pro Max comienza en $1,199 (aproximadamente Rs. 1,00,700) para la variante básica y el costo de la lista de materiales (BOM) de $485 parece ser aproximadamente un tercio del precio. Esto indica que Apple tiene un margen bruto del 59,6 por ciento por unidad vendida.
El precio del iPhone 16 Pro Max comienza en Rs. 1,44,900 para el modelo de 256 GB en India. Funciona con el nuevo chip A18 Pro y cuenta con una pantalla OLED Super Retina XDR de 6,9 pulgadas con una frecuencia de actualización de 120 Hz (ProMotion) y un brillo máximo de 2000 nits. Tiene una configuración de cámara trasera triple que incluye una cámara principal gran angular de 48MP, una cámara ultra gran angular de 48MP y una cámara teleobjetivo de 12MP. El teléfono lleva una cámara TrueDepth de 12 megapíxeles en la parte frontal.
