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Silvana TapiaFrancis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetcanales con altura nanómetro investigadoresnanómetro equivalente dos tres moléculascolocación moléculas nanómetroFrancis Villatoro5 nanómetros1-3 nanómetros
Nanosegundo por cada 3 metros
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Francis Villatoro explica que los investigadores afirman conseguir canales con una altura de aproximadamente un nanómetro, equivalente a entre dos y tres moléculas.
…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…
Significado #1
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 #5enlaces 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 #11modelo 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 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 #7agua nanocanales altura nanometromodelo tres fluidos francis villatorocapa limite agua normal…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 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 #18burbujas contaminan datos nanocanalesfabricación nanocanales dispositivo repetidomanchas en imagen variación energía canal…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…
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 #1canales 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 explica que los materiales con escala nanométrica natural no son diseñados por humanos para su medición, sino que presentan estructuras irregulares y variables.
Habla: Francis VillatoroSignificado #9estructuras irregulares escala nanométricapropiedades eléctricas agua nanocanales naturalesinterpretación experimental materiales complejos francis villatoro…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…
Francis Villatoro explica las dificultades para determinar el tamaño exacto de los puntos medidos, especialmente aquellos cercanos a 1-3 nanómetros, donde la incertidumbre es significativa.
Habla: Francis VillatoroSignificado #3fabricación nanocanales observar efectoscanal perfectamente diseñado limitacionescomplejidad canales naturales impedía verincertidumbre medición puntos nanómetroserror altura puntos más de 5 nanómetrosfrancis villatoro tamaño puntos medidos…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 describe un proceso de fabricación de nanocanales donde se crean múltiples canales paralelos para luego examinarlos bajo un microscopio de fuerza atómica.
Habla: Francis VillatoroSignificado #15fabricación nanocanales paralelomicroscopio fuerza atómica canalesfrancis villatoro examina canalesselección nanocanales fabricadoscanal 3 mejor que otrostécnicas fabricación escalas atómicas…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…