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Selección nanocanales fabricados
Con
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Francis Villatoro describe un proceso de fabricación de nanocanales donde se crean múltiples canales paralelos para luego examinarlos bajo un microscopio de fuerza atómica.
…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 Francis, podemos pasar al tema siguiente, que es recordar también un poco, hacer un poco de obituario de Chen Ning Yang, otro de los grandes que yo decía que han fallecido esta semana; le dedicamos esa portada. Ahí, un poco junto con Francisco Sánchez; ya digo, es ficticia, no es una foto real, pero podría uno imaginárselo en algún sitio tomando un café seguramente. Francisco Sánchez preguntándole qué tipo de telescopio necesitaría, de qué tamaño para poder…
Significado #2 · Palabras #1
Francis Villatoro explica los desafíos técnicos para crear canales muy delgados, destacando la necesidad de un manejo preciso de materiales como grafeno y nitruro de bolo hexagonal (HBN). Se describe el uso de grafito como base y una capa de HBN encima.
Habla: Francis VillatoroSignificado #16grafeno y nitruro bolo hexagonalestructura química hexagonal grafenohbn casa bien con grafenobase de grafito capa hbn…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 es bidimensional, que es el nitruro de bolo hexagonal, tienen una estructura química parecida a la estructura hexagonal del grafeno, que son como un panel de abeja, como seis átomos formando como 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…
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 #8 · Palabras #9enlaces 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 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 #14frecuencias 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 que cuando la altura del nanocanal disminuye por debajo de dos nanómetros, los modelos actuales tienen dificultades para explicar el comportamiento del agua.
Habla: Francis VillatoroPalabras #5constante eléctrica longitudinal dispositivomodelos actuales comportamiento 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 responde a una pregunta sobre si los nanocanales de agua podrían utilizarse como conductores de electricidad, explicando que no son adecuados para ese propósito y recordando la importancia de evitar riesgos eléctricos en entornos húmedos.
Habla: Silvana TapiaPalabras #16agua en nanocanales fascinanteaplicaciones potenciales termoiónicas aguapremio nobel cinta adhesiva escritorionanocanales de agua conductores electricidadagua ultra pura libres de ionesriesgos eléctricos en entornos húmedos…que hoy en día tienen muchísimas propiedades? Y por desgracia, se conocen muy poquitos materiales termoiónicos para las aplicaciones que nos gustaría que tuvieran; y resulta que el agua en un anacanal es un material que se comporta como los termoiónicos. Es decir, realmente es un resultado fascinante y que, como tenga un gran número de aplicaciones, que puede que las tenga o puede que no, porque puede que a nivel tecnológico introducir agua, porque aquí claro, aquí se mete un canal de agua, hay una abertura por la que va entrando el agua y otra por la que va saliendo. No se sabe si se podrán desarrollar todos los dispositivos que ahora se han planteado a nivel termoiónico, pero que si se logra, esto puede ser realmente un segundo premio Nobel notable; el tipo se ganó un premio Nobel con cinta adhesiva de escritorio. Silvana está mirando para un lado y para otro. Yo creo que ya se tiene que ir. No, no, me puedo quedar unos minutillos más, Francis; esto quiere decir. ¿Que el descubrimiento, si todo sale bien, puede utilizarse entonces esos nanocanales de agua como conductor de electricidad? En principio no, en principio no como tal, o sea, para conducción de electricidad, la electricidad, el agua conduce electricidad, ¿eh? Todo el mundo sabe que no debe de tirar el, ¿cómo se llama esto? El secador de pelo en la bañera mientras está bañándose porque puede tener un pequeño problema. Bueno, también han preguntado ahí que será posible obtener agua ultra pura, si aparte del agua destilada está el agua químicamente pura, que está libre de iones, de minerales y de todo, se puede conseguir. Ese es el agua que se usa aquí, ¿eh? Exactamente, eso tienes que usar agua ultra pura a los niveles mejores posibles de fabricación de ese tipo de agua en el laboratorio. El artículo no comenta cómo la obtienen, la compran, la compran ya ultra pura. Claro, de todas formas al hilo de la pregunta,…
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 #5 · Palabras #4burbujas 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 las dificultades para medir con precisión el tamaño de los canales fabricados, señalando que los métodos de fabricación garantizan un tamaño aproximado y las mediciones realizadas son susceptibles a errores.
Habla: Francis VillatoroSignificado #7 · Palabras #13fabricación nanocanales burbujaserrores medición tamaño canalmolécula de agua como errorcanales con altura nanómetro investigadoresnanómetro equivalente dos tres moléculascolocación moléculas nanómetro…del sistema. Quiero recordar, Francis, corrígeme si me equivoco, igual lo mencionaste, no estoy seguro, que el ancho del canal es como tres moléculas de agua. El más pequeño, el más pequeño, la molécula de agua en principio se ha llegado hasta 3 Armstrong. Pero ya digo aquí hay un problema de, o sea, medir en detalle el tamaño del canal es muy difícil. Porque es por fabricación, o sea, tú fabricas con una técnica de fabricación que por las características de la técnica de fabricación garantiza que más o menos tienes 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 una propuesta de Gain de 2018 para controlar las propiedades eléctricas del agua en nanocanales.
Habla: Francis VillatoroSignificado #6 · Palabras #3estructuras 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 ver…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…
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 #2 · Palabras #1físicos teóricos ciencias materialesmodelos comportamiento nanocanalesdiseño preciso nanocanalesfabricación nanocanales paralelomicroscopio fuerza atómica canalesfrancis villatoro examina canalesselección nanocanales fabricadoscanal 3 mejor que otrostécnicas fabricación escalas atómicasexperimentos nanocanales revistaobituario chen ning yangdedicamos portada chen ning yang…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 Francis, podemos pasar al tema siguiente, que es recordar también un poco, hacer un poco de obituario de Chen Ning Yang, otro de los grandes que yo decía que han fallecido esta semana; le dedicamos esa portada. Ahí, un poco junto con Francisco Sánchez; ya digo, es ficticia, no es una foto real, pero podría uno imaginárselo en algún sitio tomando un café seguramente. Francisco Sánchez preguntándole qué tipo de telescopio necesitaría, de qué tamaño para poder…