catálisis con materiales de carbono

Un libro con pestillos en las páginas: solo se puede pasar la hoja si sabes cómo hacer clic en el borde. Así funciona más o menos el metamaterial mecánico del que hablaremos. Cada celda es una pequeña masa dentro de otra mayor, unida a ella por una viga elástica. La viga puede estar en dos posiciones estables, como un interruptor.

Imagina una casa con paredes de corcho que de repente se cubre de láminas de cobre, pero solo cuando llegan las heladas. Algo así le ocurre al compuesto FeSb₂ cuando se fabrica en forma de película de unos pocos átomos de espesor. En condiciones normales, es un aislante de banda estrecha: sus electrones permanecen firmemente en sus lugares, como espectadores en una sala abarrotada.

Algunos cristales se comportan como un interruptor: basta con cambiar un poco la temperatura o la presión para que pasen de conductores a aislantes. Esto se llama transición metal-aislante (cambio en la capacidad de conducir corriente).

Los refrigeradores y aires acondicionados actuales que utilizan freones envenenan la atmósfera de forma casi invisible. La alternativa son los materiales calóricos sólidos, que se enfrían por un cambio rápido de presión gracias al efecto barocalórico.

Tejer a ganchillo, pero donde en lugar de hilo hay moléculas individuales y en lugar de ganchillo, una superficie de oro. Hasta ahora, los intentos de tejer con estas moléculas una tela uniforme terminaban en un caos: los hilos se enganchaban donde no debían y el patrón se desordenaba. Un grupo de científicos ha encontrado la manera de resolver este problema.

Una lámina de grafeno es una red de átomos de carbono con el grosor de un solo átomo. Si se apilan varias de estas láminas con un desplazamiento especial, se obtiene un material con propiedades inusuales: puede ser un imán o un superconductor, dependiendo de cómo se le aplique un estímulo.

El hidrógeno es un combustible ideal: al usarlo solo produce agua, y no dióxido de carbono. El problema es que el hidrógeno es el gas más ligero, y sus moléculas se filtran de cualquier recipiente. Actualmente, el hidrógeno en los automóviles se almacena en tanques pesados a alta presión, lo que anula las ventajas de peso.

El agua corriente en un vaso es transparente y tranquila. Pero si le añades diminutos puntos de carbono hechos con azúcar y ácido cítrico en un microondas normal, el agua empieza a brillar cuando una partícula cargada la atraviesa.

Los paneles solares convencionales convierten la luz en electricidad, pero aquí la luz descompone el agua en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno es un combustible limpio, pero el proceso es lento. Para acelerarlo se añaden sustancias auxiliares que ceden electrones. A menudo se usa alcohol, pero es una pena desperdiciarlo.

Un ánodo de grafito convencional en una batería de sodio se parece a un garaje estrecho donde apenas cabe un camión grande. El sodio es más grande que el litio y no encaja bien entre las capas de grafito, por lo que las baterías pierden capacidad rápidamente.

Dentro de cada diminuta partícula que compone el cátodo de una batería de iones de sodio, el sodio se distribuye de manera desigual, como si el azúcar en el té se hubiera apelmazado en grumos. Esto reduce la capacidad y la vida útil de la batería.

Los circuitos integrados dentro de los teléfonos inteligentes y los ordenadores son cada vez más densos: miles de millones de transistores empaquetados en un trozo de silicio del tamaño de una uña. Al funcionar, desprenden calor como diminutas estufas. Si no se disipa, el chip se sobrecalienta, empieza a fallar o se estropea.

Para alinear los espines de las partículas en una misma dirección, los físicos suelen enfriar la sustancia casi hasta el cero absoluto y colocarla en un campo magnético intenso. Esto es caro y voluminoso. El nuevo método se asemeja a ajustar una multitud de peonzas con un toque ligero: las moléculas intermediarias se unen temporalmente a los átomos objetivo y les transmiten su orden.

En un día caluroso, el techo de un coche se calienta tanto que no se puede tocar. Normalmente, para enfriar una superficie se necesita aire acondicionado o al menos sombra. Pero hay materiales que se enfrían solos, simplemente reflejando la luz solar y emitiendo calor hacia el espacio. El problema es que estos recubrimientos son difíciles de aplicar rápidamente y sobre objetos irregulares.

En un taller de joyería, el oro no se mezcla con el rutenio: uno es blando y brillante, el otro refractario y frágil. Pero a escala nanométrica, estos metales se funden en una aleación única que, al calentarse, comienza a separarse como el aceite y el agua en un caldo que se enfría.

En química hay dos mundos: en uno, el catalizador es una partícula sólida sobre cuya superficie ocurre la reacción; en el otro, es una molécula disuelta donde todo sucede alrededor de un único centro metálico. Estos mundos rara vez se encuentran. Pero en un nuevo trabajo, han convergido.

Se sumerge una lámina de grafeno en una disolución de sulfato de sodio, una sal común parecida a la de mesa. Junto a la superficie, el agua deja de ser homogénea: se organiza en capas, como una pila de tortitas. Entre estas capas y dentro de ellas se distribuyen los iones, las partículas cargadas en las que se disocia la sal.

La temperatura de una habitación baja varios grados mientras el refrigerador funciona sin un solo compresor en movimiento. Dentro no hay freón, sino un trozo de metal que se imana y se desimana.