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Nanocanales altura nanómetro
Con
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Francis Villatoro explica las limitaciones estructurales que impone la altura reducida de los nanocanales sobre la formación de enlaces de hidrógeno entre moléculas de agua.
…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…
Significado #2 · Palabras #1
Francis Villatoro explica cómo un premio Nobel puede obtener financiación fácilmente y menciona una publicación en la revista Science sobre estudios del agua en canales nanométricos.
Habla: Francis VillatoroSignificado #6 · Palabras #5agua en canales nanométrica scienceancho canal 200 nanómetros micrómetrospropiedades eléctricas alevines ranasmicroscopio fuerza atómica constante dieléctricacapacitancia imágenes microscopio fuerza atómicaagua canales nanométricos técnica desarrollada…todos los años. Publican bastante, ¿eh? El equipo es muy bueno y es un equipo muy amplio; tiene mucha gente y colabora con muchísima gente de todo el mundo. Pero no tienen esa presión de decir: es que tengo que publicar todos los años un cierto número. La financiación la tienes asegurada. ¿Quién no le va a dar dinero a un premio Nobel? Pida lo que pida, ¿no? Y sabiendo de más que publica en las mejores revistas. Pues esto lo publicaron en 2018 en la revista Science, un artículo en el que estudiaban el agua en canales de altura nanométrica. la anchura, imaginaros un canal en el que la anchura son unos 200 nanómetros, eran 200 micrómetros, eran micrómetros, como ahora no recuerdo lo de Science, pero bueno, eran similares a los que han publicado ahora Entonces estamos hablando de canales con una anchura de 200 nanómetros en una longitud de unos 10 micrómetros y con una altura de pocos 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 las limitaciones estructurales que impone la altura reducida de los nanocanales sobre la formación de enlaces de hidrógeno entre moléculas de agua.
Habla: Francis VillatoroSignificado #2 · Palabras #1enlaces hidrógeno moléculas aguananocanales altura nanómetromodelo tres fluidos aguaconstante dieléctrica agua…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…
Francis Villatoro explica cómo un modelo de tres fluidos puede explicar el incremento en la constante dieléctrica cuando se reduce la altura del nanocanal a aproximadamente un nanómetro.
Habla: Francis VillatoroSignificado #5 · Palabras #3modelo tres fluidos nanocanalconstante dieléctrica altura nanómetrocapacitancia punta circuito eléctricoobservaciones capacitancia año 2018…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 explica la complejidad técnica de obtener una imagen completa del comportamiento del agua dentro de los nanocanales, comparándolo con el funcionamiento de los antiguos televisores.
Habla: Francis VillatoroSignificado #18frecuencias desde hercios a gigaherciosimagen comportamiento agua nanocanalestelevisores antiguos comparativa canales…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 toda la pantalla, un par de veces, por cada fotograma. Pues tienes que hacer como una película, ¿no? Como una imagen de lo que está ocurriendo en todo el 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…
Francis Villatoro explica las limitaciones de los modelos teóricos sobre el comportamiento del agua en nanocanales, señalando que a una altura de un nanómetro ya no se observa agua en estado normal.
Habla: Francis VillatoroSignificado #4 · Palabras #2constante dieléctrica longitudinal aguapublicación revista nature octubrecambio mil constante hidroeléctricamodelo tres fluidos canal nanómetrosconstante eléctrica longitudinal dispositivomodelos actuales comportamiento aguaagua nanocanales altura nanometromodelo tres fluidos francis villatorocapa limite agua normal…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. 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…
Francis Villatoro describe cómo las propiedades dieléctricas del agua varían significativamente a nivel nanométrico, comportándose como un material anisótropo.
Habla: Francis VillatoroPalabras #13agua 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 explica que en experimentos con nanocanales es crucial minimizar las impurezas en el agua. Menciona que al rellenar los dispositivos repetidamente, aparecen burbujas que contaminan los datos.
Habla: Francis VillatoroSignificado #8 · Palabras #20burbujas contaminan datos nanocanalesfabricación nanocanales dispositivo repetidomanchas en imagen variación energía canalagua ultra pura detectores neutrinosnanocanales fuente de inyecciónagua movimiento constante francis villatoroexperimentos con nanocanales francis villatoroeliminación burbuja en canal aguamicrogramos agua para experimentos…como el camión Cande, sí que se llenan con agua ultra pura, creo. Pero los temas de los fotomultiplicadores, para facilitarlo, pero tampoco es tan ultra pura, ¿vale? O sea, es pura, pero no es la más ultra pura que podemos fabricar en el laboratorio, ¿eh? En este tipo de experimentos sí, porque estamos hablando de nanocanales y te interesa que haya al mínimo… De hecho, comenta que han fabricado muchísimos dispositivos y además que los han rellenado muchas veces y cuando rellenan con agua muchas veces te aparecen burbujas que se ve en la imagen, se ve en la imagen como una mancha, en la imagen de la variación de la capacidad de la energía. con la distancia a lo largo del canal en la dirección longitudinal, se ve como una mancha y eso le llaman ellos burbuja y entonces han desechado esos datos. Lo que pasa es que aquí, como esto es un canal, el agua se está moviendo; pues vuelves a inyectar agua, vuelves a meter un poquito de presión y como tienes un sitio que es la fuente de agua por la que estás inyectando, esto son cosas muy pequeñitas, pero bueno, están conectadas a agua y necesitas cantidades de agua absolutamente ridículas, ¿vale? Aquí con microgramos de agua ya tienes más que sobra para hacer infinidad de experimentos. Me está dando sed; mueves el agua a través del canal y eliminas la burbuja. Entonces tú primero chequeas de que no esté la burbuja, y una vez que ves que el canal tiene agua, que está limpia de burbuja, ahora es cuando haces todo. El recorrido de frecuencias con diferentes instrumentos de inyectar frecuencias para ir viendo cómo varía esa polarización de las moléculas de agua y que eso modifica la capacitancia efectiva del sistema. Quiero recordar, Francis, corrígeme si me equivoco,…
Francis Villatoro explica que los investigadores afirman conseguir canales con una altura de aproximadamente un nanómetro, equivalente a entre dos y tres moléculas.
Habla: Francis VillatoroSignificado #1 · Palabras #4canales con altura nanómetro investigadoresnanómetro equivalente dos tres moléculascolocación moléculas nanómetro…un cierto tamaño. Entonces, tú utilizas unas medidas para medir más o menos qué tamaño tiene, pero tienes errores. Entonces, errores del tamaño de la molécula de agua los puedes tener perfectamente, ¿vale? O sea, los errores en el tamaño del canal los tienes. Pero ellos plantean que más o menos, y pone siempre el símbolo aproximado, consiguen canales de una altura de un nanómetro. ¿Qué es un nanómetro? Pues un nanómetro son, pues de ese orden, dos o tres moléculas, depende de cómo las coloques una encima de otra. O sea, es lo que tú dices, unas tres moléculas, pero ya colocadas adecuadamente, pero colocadas a lo más largo serán unas dos. Hay que recordar que un átomo de carbono y un átomo de oxígeno tienen 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…
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 #20 · Palabras #19datos 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 la fabricación controlada de nanocanales permite observar efectos que no se habían detectado previamente en materiales naturales debido a su complejidad.
Habla: Francis VillatoroSignificado #3 · Palabras #9estructuras irregulares escala nanométricapropiedades eléctricas agua nanocanales naturalesinterpretación experimental materiales complejos francis villatorofabricación controlada nanocanales gainagua en canales reducción alturapropiedades eléctricas agua gain 2018fabricación nanocanales observar efectoscanal perfectamente diseñado limitacionescomplejidad canales naturales impedía verincertidumbre medición puntos nanómetroserror altura puntos más de 5 nanómetrosfrancis villatoro tamaño puntos medidos…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 irregulares. O sea, había muchas dudas sobre realmente cuáles eran las propiedades eléctricas del agua en esos nanocanales, entre comillas, naturales, porque la propia complejidad del material hace que la interpretación de los resultados experimentales sea muy complicada. Entonces, lo que plantea Gain en 2018 es: vamos a fabricar nosotros el canal y vamos a fabricarlo de manera controlada, vamos a fabricar mucho y vamos a descartar los que no nos gusten y vamos a ir viendo cómo va variando el comportamiento del agua conforme la altura del canal va reduciéndose y esa es la clave de lo que se hace aquí, es decir, esto prácticamente es una cosa que se tendría que haber descubierto porque ha habido experimentos equivalentes con materiales, entre comillas, naturales pero en los que no está controlado todo el detalle del canal y entonces tendría que haberse observado y sin embargo no se ha observado porque la propia complejidad de esos canales naturales impedía ver de manera prístina estos efectos y ahora con un canal perfectamente bien diseñado y ya os digo con todas las limitaciones que eso tiene, o sea el canal más pequeño que plantean es un punto gordo con una deviación pues del orden de medio nanómetro alrededor de un nanómetro. Entonces, quiero decir que lo mismo no es un nanómetro, es un nanómetro y medio, ¿vale? O sea, no lo sabemos, no sabemos realmente qué tamaño tiene porque es muy difícil medir eso, pero ya por encima de 5 nanómetros, ya prácticamente en los puntos ya no pongo el error en altura, ahí así tengo claramente: estos son 5 nanómetros, pongo solo error en vertical, en la variación del parámetro que mido. Pero en los que están más cerca, entre 1 y 3, pongo error tanto en horizontal como en vertical porque no sé realmente de dónde colocarlo, ¿vale? Entonces, pues, a un punto gordo lo pongo en medio, ¿no? Y entonces lo pongo alrededor de 1, lo pongo alrededor de 2, lo pongo alrededor de 3 pero tengo errores importantes. Y esos errores, para los que vean las figuras en el artículo, que recuerden que la escala horizontal es logarítmica y que las escalas logarítmicas engañan mucho, ¿eh? Mucho cuidadito con las escalas logarítmicas, que a veces uno lo ve y ya no puede ser, es…
Francis Villatoro comenta sobre la futura llegada de físicos teóricos especializados en ciencias de materiales, quienes analizarán modelos para comprender mejor el comportamiento de los nanocanales.
Habla: Francis VillatoroSignificado #7 · Palabras #17físicos teóricos ciencias materialesmodelos comportamiento nanocanalesdiseño preciso nanocanalesfabricación nanocanales paralelomicroscopio fuerza atómica canalesfrancis villatoro examina canalesselección nanocanales fabricadoscanal 3 mejor que otrostécnicas fabricación escalas atómicas…que a veces uno lo ve y ya no puede ser, es más pequeño, no, no, es grande, el error es grande, pero aún así, ya no sé qué estaba diciendo, qué iba a decir, cuál era mi argumento, ya me acaba de ir, pero lo interesante de este tipo de asuntos es que Ahora va a haber una enorme hornada de físicos teóricos, no de los que se dedican a física fundamental como Gastón, sino que se dedican a ciencias de materiales, etcétera, que van a estudiar modelos y que van a tratar de entender ese tipo de comportamiento y cuando lo entendamos bien, pues podremos incluso mejorar el diseño de estos nanocanales y hacerlo más preciso porque ya tendremos una teoría que prediga. Lo que vamos a observar. Y entonces podremos ver a la hora de seleccionar los dispositivos buenos de los malos; aquí se fabrican, esto se fabrica en plan comp, en plan peine, o sea yo fabrico muchos canales paralelos y después meto agua en todos y con el microscopio de fuerza atómica los voy mirando. todos y voy viendo cuáles son los buenos y digo pues el bueno es el 3, que es mejor; y el 3 y el 7 son mejores que los otros 35. Pues descarto los otros 33 y me quedo con estos dos, ¿no? O sea, se hace una selección de cuáles son los canales que por sus propiedades parece que han sido mejor fabricados porque las técnicas de fabricación no son tan perfectas en estas escalas, ¿eh? Recordemos que estamos hablando de escalas de muy pocos átomos. El cherry picking bueno Pero bueno, hay que hacerlo; tú seleccionas una serie de canales y en eso son los que hacen los experimentos que después publicas en la revista. Muy bien, pues súper fascinante esto, parece algo tan mundano y todavía tanto que descubrir. Bueno, si quiere…