Desarrollan el generador el¨¦ctrico m¨¢s delgado del mundo

Con una l¨¢mina de 5x10 micras (una micra es la millon¨¦sima parte de un metro), investigadores de Estados Unidos, aunque de origen chino, han creado el generador el¨¦ctrico m¨¢s fino del mundo. Tanto, que su altura es la de la matriz de ¨¢tomos de la que est¨¢ formado. Invisible para el ojo humano, el dispositivo genera electricidad al doblarlo y desdoblarlo en un fen¨®meno conocido como piezoelectricidad.

Demostrada en el siglo XIX por los hermanos franceses Jacques y Pierre Curie (¨¦ste ¨²ltimo marido de la polaca Marie Curie), la piezoelectricidad es una propiedad de cristales como el cuarzo que, al ser sometidos a una presi¨®n, generan electricidad. El s¨®nar que incorporaron los barcos de guerra galos a finales de la I Guerra Mundial fue una de sus primeras aplicaciones. A mediados del siglo pasado, aparecieron nuevos materiales piezoel¨¦ctricos y muchas m¨¢s aplicaciones. En los ¨²ltimos a?os, los cient¨ªficos la han buscado tambi¨¦n en la escala nanom¨¦trica.

Investigadores de la Universidad de Columbia y Georgia Tech (ambas en Estados Unidos) han encontrado la piezoelectricidad en el disulfuro de molibdeno (MoS₂). En estado natural se presenta como molibdenita, un mineral primo hermano del grafito. Pero, como le sucede a ¨¦ste cuando se lo reduce a dos dimensiones para convertirlo en grafeno, el MoS₂ reserva unas cuantas sorpresas. Aunque, en su versi¨®n tridimensional, el disulfuro de molibdeno no es capaz de generar electricidad por muy fuerte que se le golpee, reducido a una s¨®la l¨¢mina de ¨¢tomos de azufre y molibdeno, se convierte en todo un generador el¨¦ctrico.

Los investigadores, con la ayuda de un l¨¢ser, obtuvieron una capa at¨®mica del MoS₂ y la colocaron sobre un material pl¨¢stico (el PET de las botellas de agua). A ambos extremos le colocaron dos contactos met¨¢licos. Al doblarlo, los ¨¢tomos de los extremos presentaron polaridades opuestas, generando una corriente el¨¦ctrica.

Algunos materiales generan electricidad al someterlos a una presi¨®n mec¨¢nica

"Este material, con s¨®lo una capa de ¨¢tomos, puede convertirse en un dispositivo para llevar encima, quiz¨¢ integrado en la ropa, para convertir la energ¨ªa de los movimientos de tu cuerpo en electricidad y alimentar sensores o dispositivos m¨¦dicos", dice el profesor de ingenier¨ªa de la Universidad de Columbia James Hone.

El equipo de Hone, centrado en descubrirle propiedades a materiales bidimensionales, demostr¨® en 2008 que el grafeno es el material m¨¢s duro que conoce el ser humano. Ahora demuestra que con el MoS₂ se pueden fabricar generadores el¨¦ctricos tan peque?os que solo se pueden ver al microscopio.

Nanovoltios y nanovatios

Siendo un nanogenerador, sus prestaciones tambi¨¦n son nano. Tal y como publican en la revista Nature, los pupilos de Hone consiguieron una corriente con un voltaje de 18 milivoltios y una potencia de 55,3 femtovatios (un fW es equivalente a la mil billon¨¦sima parte de un vatio). No es mucho, pero el rendimiento se podr¨ªa aumentar a?adiendo m¨¢s l¨¢minas de MoS2 a la pila.

Los investigadores comprobaron algo que ya hab¨ªan predicho: la piezoelectricidad de este material a escala nano s¨®lo se presenta cuando se opera con n¨²meros impares de capas. Si usaban dos, cuatro o seis l¨¢minas del material, las polaridades se anulaban y cesaba la corriente.

Lo que tambi¨¦n observaron los ingenieros es que la corriente aumentaba seg¨²n la presi¨®n que aplicasen sobre el material. El flujo entre los dos extremos o polos oscilaba seg¨²n se doblara o se desdoblara la l¨¢mina. Adem¨¢s, el material se demostr¨® muy resistente. Frente a otros materiales, como las nanofibras de cer¨¢mica, que pierden capacidad piezoel¨¦ctrica con un estr¨¦s mec¨¢nico continuado, el MoS2 manten¨ªa sus prestaciones despu¨¦s de 300 minutos de doblarlo y desdoblarlo.

"Se trata del primer trabajo experimental en este campo y un ejemplo elegante de c¨®mo el mundo se hace diferente cuando el tama?o de los materiales se reduce a la escala de un simple ¨¢tomo", comenta Hone. A¨²n no hay una aplicaci¨®n concreta para el generador el¨¦ctrico m¨¢s fino del mundo, pero las posibilidades son muchas: biosensores, nanorobots, tejidos inteligentes...