Desarrollan el generador eléctrico más delgado del mundo

Con una lámina de 5x10 micras (una micra es la millonésima parte de un metro), investigadores de Estados Unidos, aunque de origen chino, han creado el generador eléctrico más fino del mundo. Tanto, que su altura es la de la matriz de átomos de la que está formado. Invisible para el ojo humano, el dispositivo genera electricidad al doblarlo y desdoblarlo en un fenómeno conocido como piezoelectricidad.

Demostrada en el siglo XIX por los hermanos franceses Jacques y Pierre Curie (éste último marido de la polaca Marie Curie), la piezoelectricidad es una propiedad de cristales como el cuarzo que, al ser sometidos a una presión, generan electricidad. El sónar 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 piezoeléctricos y muchas más aplicaciones. En los últimos años, los científicos la han buscado también en la escala nanométrica.

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 éste cuando se lo reduce a dos dimensiones para convertirlo en grafeno, el MoS₂ reserva unas cuantas sorpresas. Aunque, en su versión tridimensional, el disulfuro de molibdeno no es capaz de generar electricidad por muy fuerte que se le golpee, reducido a una sóla lámina de átomos de azufre y molibdeno, se convierte en todo un generador eléctrico.

Los investigadores, con la ayuda de un láser, obtuvieron una capa atómica del MoS₂ y la colocaron sobre un material plástico (el PET de las botellas de agua). A ambos extremos le colocaron dos contactos metálicos. Al doblarlo, los átomos de los extremos presentaron polaridades opuestas, generando una corriente eléctrica.

Algunos materiales generan electricidad al someterlos a una presión mecánica

"Este material, con sólo una capa de átomos, puede convertirse en un dispositivo para llevar encima, quizá integrado en la ropa, para convertir la energía de los movimientos de tu cuerpo en electricidad y alimentar sensores o dispositivos médicos", dice el profesor de ingeniería de la Universidad de Columbia James Hone.

El equipo de Hone, centrado en descubrirle propiedades a materiales bidimensionales, demostró en 2008 que el grafeno es el material más duro que conoce el ser humano. Ahora demuestra que con el MoS₂ se pueden fabricar generadores eléctricos tan pequeños que solo se pueden ver al microscopio.

Nanovoltios y nanovatios

Siendo un nanogenerador, sus prestaciones también 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 billonésima parte de un vatio). No es mucho, pero el rendimiento se podría aumentar añadiendo más láminas de MoS2 a la pila.

Los investigadores comprobaron algo que ya habían predicho: la piezoelectricidad de este material a escala nano sólo se presenta cuando se opera con números impares de capas. Si usaban dos, cuatro o seis láminas del material, las polaridades se anulaban y cesaba la corriente.

Lo que también observaron los ingenieros es que la corriente aumentaba según la presión que aplicasen sobre el material. El flujo entre los dos extremos o polos oscilaba según se doblara o se desdoblara la lámina. Además, el material se demostró muy resistente. Frente a otros materiales, como las nanofibras de cerámica, que pierden capacidad piezoeléctrica con un estrés mecánico continuado, el MoS2 mantenía sus prestaciones después de 300 minutos de doblarlo y desdoblarlo.

"Se trata del primer trabajo experimental en este campo y un ejemplo elegante de cómo el mundo se hace diferente cuando el tamaño de los materiales se reduce a la escala de un simple átomo", comenta Hone. Aún no hay una aplicación concreta para el generador eléctrico más fino del mundo, pero las posibilidades son muchas: biosensores, nanorobots, tejidos inteligentes...