El «refrigerador» más pequeño del mundo
¿Cómo mantener frío el refresco más pequeño del mundo? Los científicos de la UCLA pueden tener la respuesta.
Un equipo dirigido por el profesor de física de la UCLA, Chris Regan, ha logrado crear refrigeradores termoeléctricos de solo 100 nanómetros de grosor -aproximadamente una diezmillonésima parte de un metro- y ha desarrollado una nueva e innovadora técnica para medir su rendimiento de enfriamiento.
«Hemos hecho el refrigerador más pequeño del mundo», dijo Regan, el autor principal de un artículo sobre la investigación publicado recientemente en la revista ACS Nano.
Para que quede claro, estos minúsculos aparatos no son refrigeradores en el sentido cotidiano, no hay puertas ni cajones más pequeños. Pero a mayor escala, la misma tecnología se utiliza para enfriar ordenadores y otros dispositivos electrónicos, para regular la temperatura en las redes de fibra óptica, y para reducir el «ruido» de las imágenes en los grandes telescopios y en las cámaras digitales.
¿Qué son los dispositivos termoeléctricos y cómo funcionan?
Hechos colocando dos semiconductores diferentes entre placas metalizadas, estos dispositivos funcionan de dos maneras. Cuando se aplica calor, un lado se calienta y el otro permanece frío; esa diferencia de temperatura puede ser utilizada para generar electricidad. Los instrumentos científicos de la nave espacial Voyager de la NASA, por ejemplo, han sido alimentados durante 40 años con electricidad procedente de dispositivos termoeléctricos envolviendo una cierta cantidad de plutonio, que produce calor. En el futuro, dispositivos similares podrían ser usados para ayudar a capturar el calor del escape de su coche para energizar su aire acondicionado.
Pero ese proceso también puede funcionar a la inversa. Cuando se aplica una corriente eléctrica al dispositivo, un lado se calienta y el otro se enfría, lo que permite que sirva como un refrigerador. El aumento de la escala de esta tecnología podría permitir algún día reemplazar el sistema de compresión de vapor de su refrigerador y mantener su refresco muy frío.
Para crear sus enfriadores termoeléctricos, el equipo de Regan, que incluía a seis estudiantes de la UCLA, usó dos materiales semiconductores estándar: telurio de bismuto y telurio de antimonio y bismuto. Pegaron cinta adhesiva Scotch normal a trozos de los materiales convencionales en bruto, la despegaron y luego recolectaron finas escamas de un solo cristal del material que aún estaban pegadas a la cinta. A partir de estas escamas, fabricaron dispositivos funcionales de solo 100 nanómetros de espesor y con un volumen activo total de aproximadamente 1 micrómetro cúbico, invisible a simple vista.
Para poner este pequeño volumen en perspectiva, podemos decir que las uñas crecen miles de micrómetros cúbicos cada segundo. Si sus cutículas estuvieran fabricando estos pequeños refrigeradores en lugar de uñas, cada dedo estaría produciendo más de 5.000 dispositivos por segundo.
«Superamos el récord del refrigerador termoeléctrico más pequeño del mundo por un factor de más de diez mil», dijo Xin Yi Ling, uno de los autores del artículo y antiguo estudiante de pregrado del grupo de investigación de Regan.
Si bien los dispositivos termoeléctricos se han utilizado en aplicaciones especializadas debido a ventajas como su pequeño tamaño, su falta de piezas móviles y su fiabilidad, su baja eficiencia en comparación con los sistemas convencionales basados en la compresión ha impedido la adopción generalizada de la tecnología. En pocas palabras, a mayor escala, los dispositivos termoeléctricos no generan suficiente electricidad, o se mantienen lo suficientemente fríos (todavía).
Pero al centrarse en las nanoestructuras -dispositivos con al menos una dimensión en el rango de 1 a 100 nanómetros- Regan y su equipo esperan descubrir nuevas formas de sintetizar materiales de mejor rendimiento. Las propiedades buscadas para los materiales de los refrigeradores termoeléctricos de alto rendimiento son una buena conductividad eléctrica y una pobre conductividad térmica, pero estas propiedades son casi siempre mutuamente excluyentes. Sin embargo, una combinación ganadora podría encontrarse en estructuras casi bidimensionales como las que el equipo de Regan ha creado.
Una característica distintiva adicional del «refrigerador» a nanoescala del equipo es que puede responder casi instantáneamente. (Fuente: NCYT Amazings)
