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Científicos asombrados por extraño material que se puede hacer como plástico pero se comporta como metal

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Científicos asombrados por extraño material que se puede hacer como plástico pero se comporta como metal

Un grupo de científicos de la Universidad de Chicago ha descubierto una forma de crear un material en el que los fragmentos moleculares se mezclan y desordenan, pero que aún puede conducir muy bien la electricidad. Esto va en contra de todas las reglas que conocemos sobre la conductividad. Arriba hay un diseño artístico del enrejado. Crédito: Ilustración de Frank Wegloski

«Como Play-Doh conductivo»: un gran avance podría allanar el camino para una nueva clase de materiales para dispositivos electrónicos.

The research shows how to make a kind of material in which the molecular fragments are jumbled and disordered, but can still conduct electricity extremely well. It was published on October 26 in the journal Nature.

This goes against all of the rules we know about conductivity—to a scientist, it’s kind of like seeing a car driving on water and still going 70 mph. But the finding could also prove to be extraordinarily useful. Often, on the way to inventing something revolutionary, the process first starts with discovering a completely new material.

“In principle, this opens up the design of a whole new class of materials that conduct electricity, are easy to shape, and are very robust in everyday conditions,” said John Anderson, an associate professor of chemistry at the University of Chicago and the senior author on the study. “Essentially, it suggests new possibilities for an extremely important technological group of materials,” said Jiaze Xie (PhD’22, now at Princeton), the first author on the paper.

‘There isn’t a solid theory to explain this’

If you’re making any kind of electronic device, whether it be an iPhone, a solar panel, or a television, conductive materials are absolutely essential. Metals, such as copper, gold, and aluminum, are by far the oldest and largest group of conductors. Then, about 50 years ago, scientists were able to create conductors made out of organic materials, using a chemical treatment known as “doping,” which sprinkles in different atoms or “impurities” throughout the material. The fact that these materials are more flexible and easier to work with than conventional metals makes them attractive, but the problem is that they aren’t particularly stable and may lose their conductivity if exposed to moisture or if the temperature rises too high.

However, fundamentally, both organic and traditional metallic conductors share a common characteristic. They are made up of straight, closely packed rows of atoms or molecules. This means that electrons can easily flow through the material, much like cars on a highway. In fact, scientists thought a material had to have these straight, orderly rows in order to conduct electricity efficiently.

Plastic Conducts Like Metal Material Structure

Illustration of the structure of the material. Nickel atoms are shown in green, carbon atoms in gray, and sulfur atoms in yellow. Credit: Illustration by Xie et al

Then Xie began experimenting with some materials that were discovered years ago, but largely ignored since. He strung nickel atoms like pearls into a string of molecular beads made of carbon and sulfur, and began testing.

To the scientists’ astonishment, the material easily and strongly conducted electricity. What’s more, it was very stable. “We heated it, chilled it, exposed it to air and humidity, and even dripped acid and base on it, and nothing happened,” said Xie. That is enormously helpful for a device that has to function in the real world.

But the most striking thing to the scientists was that the molecular structure of the material was disordered. “From a fundamental picture, that should not be able to be a metal,” said Anderson. “There isn’t a solid theory to explain this.”

Xie, Anderson, and their lab worked with other scientists around the university to try to understand how the material can conduct electricity. After tests, simulations, and theoretical work, they think that the material forms layers, like sheets in a lasagna. Even if the sheets rotate sideways, no longer forming a neat lasagna stack, electrons can still move horizontally or vertically—as long as the pieces touch.

The end result is unprecedented for a conductive material. “It’s almost like conductive Play-Doh—you can smush it into place and it conducts electricity,” Anderson said.

To the scientists’ astonishment, the material easily and strongly conducted electricity.

The scientists are excited because the discovery suggests a fundamentally new design principle for electronics technology. Conductors are so important that virtually any new development opens up new lines for technology, they explained.

One of the material’s attractive characteristics is new options for processing. For example, metals usually have to be melted in order to be made into the right shape for a chip or device, which limits what you can make with them, since other components of the device have to be able to withstand the heat needed to process these materials.

Anderson Lab at University of Chicago

A group of scientists from the University of Chicago has discovered a way to create a material that can be made like a plastic, but conducts electricity more like a metal. Above, members of the Anderson lab at work. Credit: Photo by John Zich/University of Chicago

The new material has no such restriction because it can be made at room temperature. It can also be used where the need for a device or pieces of the device to withstand heat, acid or alkalinity, or humidity has previously limited engineers’ options to develop new technology.

The team is also exploring the different forms and functions the material might make. “We think we can make it 2D or 3D, make it porous, or even introduce other functions by adding different linkers or nodes,” said Xie.

Reference: “Intrinsic glassy-metallic transport in an amorphous coordination polymer” by Jiaze Xie, Simon Ewing, Jan-Niklas Boyn, Alexander S. Filatov, Baorui Cheng, Tengzhou Ma, Garrett L. Grocke, Norman Zhao, Ram Itani, Xiaotong Sun, Himchan Cho, Zhihengyu Chen, Karena W. Chapman, Shrayesh N. Patel, Dmitri V. Talapin, Jiwoong Park, David A. Mazziotti and John S. Anderson, 26 October 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-05261-4

Other authors on the paper include University of Chicago graduate students Norman Zhao, Garrett Grocke, Ram Itani, Baorui Cheng, Tengzhou Ma (PhD’21, now at Applied Materials), Simon Ewing (PhD’22, now at Intel) and Jan-Niklas Boyn (PhD’22, now at Princeton); postdoctoral researcher Xiaotong Sun; UChicago Director of X-ray Research Facilities Alexander S. Filatov; Himchan Cho (formerly a postdoctoral researcher at UChicago, now at Korea Advanced Institute of Science and Technology); UChicago Profs. Shrayesh N. Patel, Dmitri V. Talapin, Jiwoong Park, and David A. Mazziotti; and Zhihengyu Chen and Prof. Karena Chapman of Stonybrook University.

Funding: Army Research Office, a directorate of U.S. Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory; U.S. Department of Energy; National Science Foundation.

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Experiencia en periódicos nacionales y periódicos medianos, prensa local, periódicos estudiantiles, revistas especializadas, sitios web y blogs.

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Un astronauta toma una foto vergonzosa de los desechos espaciales a bordo de la ISS

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Un astronauta toma una foto vergonzosa de los desechos espaciales a bordo de la ISS

Los astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS) enfrentan muchos desafíos durante su estadía a bordo del laboratorio flotante, y uno de esos desafíos es garantizar que sus pertenencias no se pierdan en el vacío del espacio.

Desafortunadamente, eso es lo que experimentaron los astronautas Jasmin Moghbeli y Loral O'Hara el 2 de noviembre de 2023, cuando una bolsa de herramientas valorada en unos 100.000 dólares se les escapó de las garras durante una caminata espacial. La bolsa de herramientas ahora está siendo rastreada desde la superficie de la Tierra mientras orbita el planeta, como se puede ver en el siguiente video tomado en Añasco, Puerto Rico, el 11 de noviembre de 2023. En particular, la bolsa de herramientas parece cambiar de brillo, lo que sugiere que está dando vueltas mientras orbita el planeta.

Además, Crew-7 fue devuelto a la superficie de la Tierra por la cápsula Crew Dragon de SpaceX y recientemente se sentó para su primera conferencia de prensa posterior al vuelo en la que el astronauta de la Agencia Espacial Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA), Satoshi Furakawa, explicó que se sintió avergonzado cuando descubrió que capturó accidentalmente la bolsa de herramientas mientras intentaba tomar una foto del monte. Fuji.

VER GALERÍA – 3 IMÁGENES

«Creo que estábamos en el nodo 1, almorzando o cenando, y Satoshi había salido a la cúpula para tomar fotografías.«, relató el comandante de la misión, el astronauta de la Agencia Espacial Europea Andreas Mogensen. «Él entra y dice: “Bueno, ya sabes, lo siento mucho, mucho, mucho. Pero ya sabes, tomé esta foto. Y todos pensábamos: “¿Qué está pasando?«

«Había logrado tomar una foto de la bolsa de herramientas mientras cruzaba el Monte Fuji.» Mogensen continuó. «Intentó tomar una foto del Monte Fuji y terminó con una foto de la bolsa de herramientas.«

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El derretimiento del hielo polar ralentiza la rotación de la Tierra y puede afectar el clima

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El derretimiento del hielo polar ralentiza la rotación de la Tierra y puede afectar el clima

El calentamiento global ha ralentizado ligeramente la rotación de la Tierra y eso podría afectar la forma en que medimos el tiempo.

Un estudio publicado el miércoles encontró que el derretimiento del hielo polar, una tendencia acelerada impulsada principalmente por el cambio climático causado por el hombre, ha provocado que la Tierra gire menos rápidamente de lo que lo haría de otra manera.

El autor del estudio, Duncan Agnew, geofísico del Instituto Scripps de Oceanografía de la Universidad de California en San Diego, dijo que a medida que el hielo en los polos se derrite, cambia el lugar donde se concentra la masa de la Tierra. Este cambio a su vez afecta la velocidad angular del planeta.

Agnew comparó la dinámica con la de un patinador artístico dando vueltas sobre el hielo: “Si tienes una patinadora que comienza a girar, si baja los brazos o estira las piernas, disminuirá la velocidad”, dijo. Pero si los brazos de un patinador se tiran hacia adentro, el patinador girará más rápido.

Por lo tanto, menos hielo sólido en los polos significa más masa alrededor del ecuador, del tamaño de la Tierra.

«Lo que se hace con el hielo que se derrite es tomar agua que está congelada en lugares como la Antártida y Groenlandia, y esa agua congelada se derrite, y se mueven los fluidos a otros lugares del planeta», dijo Thomas Herring. un profesor de geofísica en el Instituto de Tecnología de Massachusetts que no participó en el nuevo estudio. «El agua fluye hacia el ecuador».

En otras palabras, el estudio sugiere que la influencia humana ha aumentado con una fuerza sobre la que académicos, astrónomos y científicos se han preguntado durante milenios, algo que durante mucho tiempo se ha considerado una constante más allá del control de la humanidad.

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«Es bastante impresionante, incluso para mí, que hayamos hecho algo que cambie de manera mensurable la velocidad de rotación de la Tierra», dijo Agnew. “Están sucediendo cosas sin precedentes. »

Su estudio, publicado en la revista Nature, sugiere que el cambio climático juega un papel suficientemente importante en la rotación de la Tierra como para contrarrestar una tendencia opuesta. Debido a una combinación de factores, la Tierra ha comenzado a girar más rápido en las últimas décadas, una tendencia temporal que ha llevado a los científicos, por primera vez, a considerar restar un solo «segundo intercalar negativo» de los relojes de todo el mundo ya en 2026. La presencia de hielo polar ha retrasado esta posibilidad unos tres años, según Agnew.

Si las organizaciones de cronometraje finalmente deciden agregar un segundo intercalar negativo, el ajuste podría interrumpir las redes informáticas.

Una vista de la Tierra capturada por el satélite Deep Space Climate Observatory.NASA

La razón por la que los ajustes del segundo intercalar han sido históricamente necesarios es que incluso sin cambio climático, la rotación diaria de la Tierra ha tendido a disminuir a lo largo de millones de años, aunque pueda parecer constante.

Hace unos 70 millones de años, los días eran más cortos y duraban unas 23,5 horas, según un estudio de 2007. La paleoceanografía y la paleoclimatología sugieren. Esto significa que los dinosaurios del Cretácico vivieron un planeta con 372 días al año.

Varios factores clave afectan la rotación del planeta, a veces trabajando en oposición.

La fricción de las mareas oceánicas, debida en parte a la atracción gravitacional de la Luna, ralentiza la rotación de la Tierra. Mientras tanto, desde la última edad de hielo, la corteza terrestre ha aumentado en algunas zonas en respuesta al peso de las capas de hielo que están desapareciendo. Este efecto cambia la distribución de masa y acelera la rotación del planeta. Ambos procesos son bastante constantes y tienen tasas predecibles.

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Otro factor más es el movimiento del fluido en el núcleo interno líquido de la Tierra, un comodín que puede acelerar o disminuir la velocidad de rotación de la Tierra, dijo Agnew. Las fluctuaciones en el núcleo de la Tierra son una de las principales razones por las que el planeta ha girado más rápido de lo esperado en las últimas décadas.

Esta rotación más rápida ha llevado a los cronometradores a preguntarse (por primera vez desde la adopción oficial del Tiempo Universal Coordinado en la década de 1960) si no sería prudente restar un segundo intercalar para mantener el Tiempo Universal sincronizado con la rotación de la Tierra.

Pero el derretimiento del hielo polar está contrarrestando esta tendencia y ha impedido cualquier decisión sobre si agregar o no un segundo intercalar negativo. Según las estimaciones de Agnew, esta posibilidad se pospondrá de 2026 a 2029, si se mantiene el actual ritmo de rotación de la Tierra.

A medida que el cambio climático se intensifica, los investigadores esperan que el derretimiento del hielo tenga un efecto aún más profundo en la rotación del planeta.

«Su contribución será mayor a medida que pase el tiempo y se acelere el derretimiento, como esperamos», dijo Herring. Añadió que el nuevo estudio fue un análisis profundo y sólido que combina investigaciones de varias disciplinas científicas.

La necesidad de que los cronometradores ajusten el tiempo universal para seguir el ritmo de la rotación de la Tierra no es un fenómeno nuevo. Pero históricamente, esto implicó agregar segundos intercalares al estándar común para los relojes cuando la desaceleración de la rotación de la Tierra hizo que el tiempo astronómico se retrasara respecto del tiempo atómico (que se mide por la vibración de los átomos en los relojes atómicos).

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Sumar o restar segundos intercalares es doloroso porque potencialmente puede alterar los sistemas de transmisión por satélite, financieros y energéticos que dependen de una sincronización extremadamente precisa. Por culpa de eso, Los cronometradores mundiales votaron en 2022 para eliminar el segundo intercalar sumas y restas para 2035 y permitir que el tiempo universal se aleje de la velocidad de rotación de la Tierra.

«Desde aproximadamente el año 2000, ha habido un esfuerzo por eliminar los segundos intercalares», dijo Agnew.

Independientemente de si los relojes cambian, la idea de que el derretimiento del hielo polar afecta la rotación de la Tierra muestra cuán importante se ha vuelto este problema. Las investigaciones ya han delineado el profundo impacto que tendrá la pérdida de hielo en las comunidades costeras.

Los científicos esperan que el aumento del nivel del mar se acelere a medida que el clima se calienta, un proceso que continuará durante cientos de años. El año pasado, destacados investigadores polares advirtieron en un informe que partes de las principales capas de hielo podrían colapsar y que las comunidades costeras deberían prepararse para un aumento del nivel del mar de varios metros. Si la humanidad permite que la temperatura global promedio aumente 2 grados Celsius, el planeta podría enfrentar un aumento del nivel del mar de más de 40 pies.

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