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Historias de Innovación

Grandes Titanes en la creación de materiales que antes no existían

La manipulación de los átomos es una realidad para los científicos que trabajan en el Laboratorio de Microscopías Avanzadas y algo imprescindible para garantizar las propiedades eléctricas de los nuevos materiales

Carmen Serrano 26/12/2017 a las 06:00
Hojas de disulfuro de molibdenoLMA

A juzgar por lo que ven y hacen los científicos a través de los grandes microscopios Titán, la electrónica se va a seguir reduciendo, y mucho. Todos nuestros aparatos electrónicos se miniaturizarán cada vez más gracias a la nanotecnología, a los nuevos materiales de dimensiones nanométricas, ni siquiera visibles con cualquier microscopio. Con los 'Titanes' del Instituto de Nanociencia de Aragón (INA) se manipulan átomos y moléculas y se crean materiales que antes no existían, con propiedades nuevas. Creación con mayúscula.

Siguiendo las explicaciones de Raúl Arenal, del Laboratorio de Microscopías Avanzadas del INA, nos damos cuenta de que ya se sabe mucho del inframundo de lo nanométrico, que ha resultado ser una fuente inagotable de sorpresas y tesoros con respecto a la estructura, el funcionamiento y las propiedades de los materiales a escala ínfima. Recordemos que un nanómetro es una millonésima parte de un milímetro.

“Las manipulaciones/ajustes de nanomateriales implican desarrollos y observaciones a escala sub- nanométrica/atómica -explica Arenal- y es ahí donde la microscopía electrónica de transmisión tiene un rol significativo y destacado, clave en investigación vanguardista de materiales, en el estudio de sus propiedades físicas y su comportamiento a nivel atómico”.

En el Laboratorio de Microscopías Avanzadas, ubicado en Zaragoza y especializado en nanociencia y materiales, se estudian distintos sistemas nanométricos: materiales magnéticos para sensores; zeolitas para la industria química; nanomateriales con potenciales usos electrónicos... Este último es el campo de acción de Raúl Arenal, investigador de la Agencia Aragonesa para la Investigación y el Desarrollo (Araid). Nos muestra cómo es posible transformar la materia, por ejemplo “crear cables nanométricos con nanotubos de nitruro de boro recubriendo nanotubos de carbono”.

Arenal participa en varios proyectos europeos. Uno de ellos, Flag-ERA, pretende crear membranas de separación de gases que harán las veces de filtros para la purificación de esos gases, con aplicaciones en la industria química.

Grafeno en compañía

Tras la revolución del grafeno, un material formado por una sola capa de átomos de carbono, con grandes propiedades electrónicas (ahora se está introduciendo en composites para el refuerzo de otros materiales y la mejora de sus condiciones mecánicas), se han hallado otros materiales también laminares (2D), como el nitruro de boro exagonal y los dicalcogenuros de metales de transición. Éstos últimos acompañan ya al grafeno en el incremento de las capacidades electrónicas. ”Si no conoces la configuración estructural y la composición química de un material, no sabes qué funciones puede desempeñar”, dice Arenal en defensa de la microscopía, una disciplina complementaria a otras muchas. 

Y adelanta las “grandes expectativas de los materiales 2D en aplicaciones electrónicas y ópticas”. Con ellos llegará la pantalla táctil, flexible y transparente y también más avanzadas antenas de comunicaciones. “Los materiales laminares monocapa (de una única hoja de átomos), como los dicalcogenuros, son nanoestructuras muy investigadas hoy por su amplio número de propiedades extraordinarias y por las aplicaciones que se vislumbran”, detalla Arenal.

Por otro lado, como los nanotubos monocapa de carbono pueden ser muy buenos conductores eléctricos, se han erigido en candidatos perfectos para impulsar la “miniaturización de la electrónica, más allá de la escala micrométrica en la que se encuentra actualmente”. Pero como un simple defecto estructural puede modificar las propiedades eléctricas de estos materiales, es imprescindible su estudio a escala atómica. Y ello es posible gracias a la microscopía electrónica de transmisión, una disciplina que ahora está de actualidad por el Premio Nobel de Química 2017, que ha sido otorgado a tres investigadores (Jacques Dubochet, Joachim Frank y Richard Henderson) pioneros en una de sus técnicas, la crio-microscopía electrónica.

“Sus trabajos -cuenta Raúl Arenal- han ayudado de forma determinante a que la comunidad científica haya conseguido grandes avances en biología estructural, de gran importancia en el conjunto de la biología, en medicina y farmacología”.

Aunque el Laboratorio de Microscopías Avanzadas forma parte del INA (Universidad de Zaragoza), es a su vez una Infraestructura Científica y Técnica Singular (ICTS) dependiente del Ministerio de Economía. Hay quince en España, únicas en su género, que hacen investigación básica y prestan servicios a la comunidad científica, en el caso del Laboratorio de Microscopías con sus dos 'Titanes' de resolución espacial atómica.





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