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Silvana TapiaFrancis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetenlaces hidrógeno moléculas aguananocanales altura nanómetromodelo tres fluidos aguaconstante dieléctrica aguamodelo tres fluidos nanocanalesconstante dieléctrica capa superioragua normal entre capasmodelo tres fluidos nanocanalconstante dieléctrica altura nanómetrocapacitancia punta circuito eléctricoobservaciones capacitancia año 2018Francis VillatoroNatureScienceHBNSilvana
Constante dieléctrica modelo fluidos
Con
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Francis Villatoro explica que para modelar el comportamiento del agua dentro de nanocanales, se utiliza un modelo de tres fluidos: agua normal, una capa superior con diferente constante dieléctrica y otra inferior también con propiedades distintas.
…las moléculas de agua se separan más de lo que le unen entre sí los enlaces de hidrógeno. Entonces, lo que se observa cuando tú pones un canal muy pequeño es que llega un momento en que muy pocos enlaces de hidrógeno se pueden formar porque no hay tamaño. Cuando tú estás trabajando con un canal que tiene una altura de un nanómetro, pues te caben dos moléculas de agua y casi no te caben una encima de otra. O sea, es muy difícil montar muchos enlaces de hidrógeno en vertical. Entonces, cuando tú buscas el modelo del agua moviéndose por un nanocanal, básicamente es un modelo de tres fluidos. Yo tengo agua normal, agua cuyo constante dieléctrica es La del agua en un vaso de agua, en un volumen arbitrario, y después dos pequeñas capitas, una capita muy delgadita, en la que el índice, la constante dieléctrica es diferente, arriba y abajo. Es decir, tengo tres fluidos. Tengo un fluido de capa límite muy cercano a la superficie de arriba, otra abajo y el agua normal en medio. Y cuando tú vas reduciendo la altura y llegas hasta aproximadamente un nanómetro, hay un pequeño incremento del orden de magnitud; es grande, ¿no? 10, 20 veces en la constante eléctrica, pero lo puedes entender utilizando este modelo de tres fluidos. Y con un pequeño modelo, además un modelo de circuito eléctrico equivalente, fácilmente te explica lo que ves en la capacitancia de la punta. Y eso es lo que observaron en 2018; y bueno, fue una cosa que fue noticia en muchos medios, etc. Pero quedaba la duda de si ese comportamiento ocurre también con la constante de eléctrica longitudinal, no la transversal, no la perpendicular al canal; el canal es muy pequeñito, sino la que ocurre en la dirección longitudinal. Lo que ocurre en la dirección longitudinal te requiere no solo mirar en una dirección y pasa el agua por debajo, sino mover también el microscopio de fuerza atómica y hacer como en los antiguos televisores, que la línea del fósforo se iba moviendo y recorría…
Significado #4 · Palabras #1
Francis Villatoro explica cómo desarrollaron una técnica basada en un microscopio de fuerza atómica para estudiar la constante dieléctrica del agua en canales nanométricos.
Habla: Francis VillatoroSignificado #6 · Palabras #8microscopio fuerza atómica constante dieléctricacapacitancia imágenes microscopio fuerza atómicaagua canales nanométricos técnica desarrollada…nanómetros Entonces estudiaron cómo el agua pasa a través de esos canales y lo que les interesaba eran las propiedades eléctricas Claro, es que es el experto en temas de propiedades eléctricas, en el caso de los alevines de ranas era diamagnetismo Entonces, Desarrollamos una técnica basada en un microscopio de fuerza atómica para poder estudiar la constante dieléctrica del agua en esos canales. Acordémonos que básicamente la constante dieléctrica está relacionada con la capacidad, con la capacitancia. Entonces yo puedo, a partir de imágenes de la capacitancia, y la capacitancia la puedo obtener poniendo la punta del microscopio de fuerza atómica encima del canal por el que pasa agua. Entonces, claro, tú dices, parece una trivialidad hacer un canal de tan poca altura, pero es complicado, técnicamente es complicado, requiere un enorme manejo de materiales tipo grafeno En este caso utilizan una base de grafito, encima ponen un material similar al grafeno que también…
Francis Villatoro explica cómo un equipo publicó sus hallazgos sobre la constante dieléctrica del agua en canales nanométricos en la revista Science en 2018, destacando que los resultados se ajustaban a modelos teóricos relativamente sencillos.
Habla: Francis VillatoroSignificado #5 · Palabras #4nituro bolo hexagonal capa superiormicroscopio fuerza atómica capacitanciapropiedades dieléctricas agua canales nanométricosrastering pantallita televisión flujoconstante dieléctrica transversal sciencemodelo teórico constante dinámicaagua sustancia maravillosa universo…hexágonos, y la constante de reque es un poquito mayor, pero más o menos casan bien, el nitruro de bolo hexagonal, el HBN, casa bien con el grafeno. Aquí han puesto el grafito, encima ponen una capa de bastante grosor, o sea, son una multicapa de nituro de Bolo hexagonal. Después, con técnicas de fotolitografía, ponen los canales con silicio y después lo tapan de nuevo con nituro de bolo hexagonal. Entonces, con la punta del microscopio de fuerza atómica van por encima de la capa superior del nituro de bolo hexagonal y lo sorprendente es que las propiedades dieléctricas del agua o de lo que haya más allá de esa capa se pueden explorar midiendo la capacitancia en la punta del microscopio de fuerza atómica. Entonces, viendo las variaciones de la capacitancia a lo largo del canal, yo muevo el microscopio de fuerza atómica y hago que haga un zigzag como una pantallita de televisión, un rastering; voy escaneando línea a línea transversalmente el flujo y se va moviendo el agua y voy viendo una imagen a partir de la cual yo puedo deducir la constante dieléctrica. Entonces, lo que hicieron en 2018, lo publicaron en Science, y fue una gran noticia: era la constante dieléctrica transversal, transversal al canal, ¿vale? Bajando de unos 60 nanómetros hasta aproximadamente un nanómetro, midieron la constante dieléctrica transversal. Y claro, aquí quedó la gran duda; la constante dinámica no ofreció demasiadas sorpresas, se ajustaba bastante bien a los modelos teóricos. Los modelos teóricos son relativamente sencillos; nos dicen que el agua, bueno recordemos que el agua es una de las sustancias más maravillosas y más incomprendidas y más relevantes para la vida en el universo. El agua tiene una estructura muy compleja porque las moléculas de agua son dipolares y aparecen enlaces, puentes de hidrógeno entre ellas; por eso la densidad del agua es mayor que la densidad del hielo, aunque el hielo sea el cristal, porque cuando se ponen…
Francis Villatoro explica que para modelar el comportamiento del agua dentro de nanocanales, se utiliza un modelo de tres fluidos: agua normal, una capa superior con diferente constante dieléctrica y otra inferior también con propiedades distintas.
Habla: Francis VillatoroSignificado #4 · Palabras #1enlaces hidrógeno moléculas aguananocanales altura nanómetromodelo tres fluidos aguaconstante dieléctrica aguamodelo tres fluidos nanocanalesconstante dieléctrica capa superioragua normal entre capasmodelo tres fluidos nanocanalconstante dieléctrica altura nanómetrocapacitancia punta circuito eléctricoobservaciones capacitancia año 2018…las moléculas de agua se separan más de lo que le unen entre sí los enlaces de hidrógeno. Entonces, lo que se observa cuando tú pones un canal muy pequeño es que llega un momento en que muy pocos enlaces de hidrógeno se pueden formar porque no hay tamaño. Cuando tú estás trabajando con un canal que tiene una altura de un nanómetro, pues te caben dos moléculas de agua y casi no te caben una encima de otra. O sea, es muy difícil montar muchos enlaces de hidrógeno en vertical. Entonces, cuando tú buscas el modelo del agua moviéndose por un nanocanal, básicamente es un modelo de tres fluidos. Yo tengo agua normal, agua cuyo constante dieléctrica es La del agua en un vaso de agua, en un volumen arbitrario, y después dos pequeñas capitas, una capita muy delgadita, en la que el índice, la constante dieléctrica es diferente, arriba y abajo. Es decir, tengo tres fluidos. Tengo un fluido de capa límite muy cercano a la superficie de arriba, otra abajo y el agua normal en medio. Y cuando tú vas reduciendo la altura y llegas hasta aproximadamente un nanómetro, hay un pequeño incremento del orden de magnitud; es grande, ¿no? 10, 20 veces en la constante eléctrica, pero lo puedes entender utilizando este modelo de tres fluidos. Y con un pequeño modelo, además un modelo de circuito eléctrico equivalente, fácilmente te explica lo que ves en la capacitancia de la punta. Y eso es lo que observaron en 2018; y bueno, fue una cosa que fue noticia en muchos medios, etc. Pero quedaba la duda de si ese comportamiento ocurre también con la constante de eléctrica longitudinal, no la transversal, no la perpendicular al canal; el canal es muy pequeñito, sino la que ocurre en la dirección longitudinal. Lo que ocurre en la dirección longitudinal te requiere no solo mirar en una dirección y pasa el agua por debajo, sino mover también el microscopio de fuerza atómica y hacer como en los antiguos televisores, que la línea del fósforo se iba moviendo y recorría…
Francis Villatoro describe un hallazgo reciente publicado en la revista Nature sobre la constante dieléctrica longitudinal del agua.
Habla: Francis VillatoroSignificado #1 · Palabras #2microscopio fuerza atómica capacitancia canalconstante dieléctrica longitudinal imágenes microscopiorango frecuencias hercios gigahercios francis villatoroconstante dieléctrica longitudinal aguapublicación revista nature octubrecambio mil constante hidroeléctricamodelo tres fluidos canal nanómetrosconstante eléctrica longitudinal dispositivomodelos actuales comportamiento agua…canal. Eso técnicamente es bastante complicado, el rango de frecuencias en el que tienes que explorar, porque tienes que aplicar frecuencias; aquí se han aplicado frecuencias desde pocos hercios hasta gigahercios en un rango realmente tremendo, ¿no? Y bueno. Entre 100, unos más bien 200 hercios hasta uno y pico gigahercios, que es una barbaridad, son mil millones de hercios respecto a 100, eso es un rango realmente tremendo, ¿no? Entonces, observando las imágenes, imágenes con el microscopio de fuerza atómica de la capacitancia a lo largo del canal, han logrado ver y estimar la constante dieléctrica longitudinal. Y si la constante dieléctrica transversal en 2018 no dio ninguna sorpresa, era mayor de la que, pero muy poquito mayor, de La que predecían los modelos teóricos. La constante dieléctrica longitudinal la acaban de publicar en la revista Nature; esto se ha publicado muy recientemente, el 15 de octubre, es absolutamente sorprendente porque el cambio es del orden de mil respecto a la constante hidroeléctrica del agua en un volumen. El modelo de tres fluidos explica muy bien los resultados observacionales hasta aproximadamente unos dos nanómetros de altura en el canal; pero cuando bajas de los dos nanómetros y llegas al nanómetro, el nanómetro es casi el límite en el que Ya por debajo de eso, ya no pueden fabricar dispositivos; resulta que hay un tremendo salto en la constante de eléctrica longitudinal y sube en un factor de 100, de 200, de 300, incluso en algunos de los dispositivos hasta mil veces mayor. Y eso ya no tiene explicación fácil en los modelos. En los modelos teóricos tú puedes decir, claro, el modelo de tres fluidos; lo que pasa es que a solo un nanómetro tú ya no tienes el agua en estado normal, sino que solo tienes la capa límite de arriba, el agua de arriba y la capa límite de abajo.…
Francis Villatoro explica que el modelo de tres fluidos no logra explicar un aumento significativo en la constante dieléctrica, a pesar de observar cambios en la dirección transversal.
Habla: Francis VillatoroSignificado #3 · Palabras #5constante dieléctrica modelo fluidoscambios dirección transversal villatoroincremento constante eléctrica órdenes magnitud…En los modelos teóricos tú puedes decir, claro, el modelo de tres fluidos; lo que pasa es que a solo un nanómetro tú ya no tienes el agua en estado normal, sino que solo tienes la capa límite de arriba, el agua de arriba y la capa límite de abajo. Pero por alguna razón, tener solo dos capitas no explica, explicaría un incremento, lo que se observó a nivel transversal, de un orden de magnitud Pero un incremento en la constante eléctrica de tres órdenes de magnitud requiere que ahí esté pasando algo diferente en la dirección longitudinal de lo que pasa en la dirección vertical Y la respuesta es que no lo sabemos. No sabemos lo que pasa, ¿vale? O sea, no tenemos buenos modelos teóricos que expliquen eso; o sea, hay mucho modelo teórico sobre cómo debe comportarse el agua, con simulaciones por ordenador de diferentes tipos. Hay…
Francis Villatoro describe cómo las propiedades dieléctricas del agua varían significativamente a nivel nanométrico, comportándose como un material anisótropo.
Habla: Francis VillatoroSignificado #9 · Palabras #9agua anisótropa nanocanales longitudinalcoeficiente dieléctrico agua nanoscalamateriales índice constante dieléctrica francis villatoro…frecuencias de gigahertz, etc., se observa menos, pero, y tenemos más errores en la señal, pero en la escala intermedia del orden de los kilocientos de grahercios y megahercios se observa perfectamente una transición absolutamente inesperada y sorprendente. Nadie esperaba que las propiedades dieléctricas del agua variaran tanto en la nanoscala en la dirección longitudinal. Es decir, el agua en esos nanocanales se comporta como un material anisótropo respecto al coeficiente dieléctrico; en la dirección transversal cambia un poco, crece el coeficiente, pero en la dirección longitudinal se convierte en el segundo material conocido con mayor índice constante dieléctrica. Esto es algo absolutamente fascinante; es decir, Está comparándose a materiales que son extremadamente exóticos y lo curioso y maravilloso de este tipo de trabajos de Gaim en los que, junto con jarras de cerveza, se le ocurren estas barbaridades es que ahora mismo no tenemos una buena explicación teórica y…
Francis Villatoro advierte sobre la necesidad de ser cauteloso al interpretar datos de artículos científicos relacionados con mediciones por debajo de los dos nanómetros, señalando las dificultades inherentes a estas mediciones.
Habla: Francis VillatoroSignificado #16 · Palabras #16datos medición por debajo dos nanómetrosconstante dieléctrica cambio inesperadofrecuencias diferentes cambio sostenido…del orden de dos astros. Caben como dos o cinco oxígenos así en un nanómetro, puestos en fila, uno encima de otro, y esto es una molécula que tiene hidrógenos y que no puedes colocar dos moléculas de agua una encima de otra porque hay cargas que se repelen. ¿Vale? Pero todo esto hay que tenerlo siempre con mucho cuidado; todo lo que en este artículo hablan por debajo de los dos nanómetros hay que ponerlo entre comillas, ¿vale? Porque cuando tú ves la figura te das cuenta de que, bueno, en realidad no se sabe, no se sabe, porque es muy difícil; es muy difícil, pero lo sorprendente es eso: que por debajo de lo que en apariencia es un nanómetro observas un incremento, un cambio tremendo en la constante dieléctrica y eso en principio no tiene explicación; y una vez que ocurre ese cambio, ese cambio sostenido, lo puedes ver con diferentes frecuencias y dices, bueno, esto no nos lo esperábamos. Silvana, no sé si tienes que irte. Ya me tengo que ir. Ha sido un placer participar y bueno, hasta la próxima. Un placer para nosotros. Gracias, vuelve cuando quiera. Hasta la próxima. Venga, chao, chao, Silvana. Bueno, pues muy interesante todo esto, Francis, como dices tú parece que el agua…
Francis Villatoro explica cómo las propiedades del agua, incluyendo sus características dieléctricas, son fundamentales para procesos biológicos y sistemas industriales como reactores químicos.
Habla: Francis VillatoroPalabras #17agua y plegamiento proteínaspropiedades dieléctricas reactores químicosagua disolvente en sistemas industrialesestudio agua materiales nanoporosos…Game es una cosa curiosa: es que hasta entonces, claro, porque el agua es una cosa súper estudiada, fijaros que en el plegamiento de proteínas, el medio en el que está la proteína está lleno de agua, o sea, la proteína está recibiendo fuerzas de moléculas de. Agua y tiene un entorno donde las propiedades del agua, incluidas las dieléctricas, son relevantes para el plegamiento de proteínas, para el comportamiento de muchísimos sistemas biológicos y, por supuesto, sistemas industriales, reactores químicos, etc. El agua es clave para muchísimas cosas como disolvente; pues hasta 2018 lo que se había estudiado era el agua en materiales que tienen poros que de manera natural tienen una escala nanométrica. Pero claro, lo que de manera natural tiene una escala nanométrica no es algo diseñado por el humano para poderlo medir. Pues son poros que tienen estructuras: unos más alargados, más grandes, más pequeños, unos canales; pues no son perfectos, son más o menos…