19/01/2016 - Nanopartículas de perovskita para mejorar la transmisión de calor al interior de los materiales

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Investigadores del Instituto de Nanociencia de Aragón (INA) de la Universidad de Zaragoza y de la empresa Syngaschem (Holanda) han desarrollado las bases científicas para la creación de nano-calentadores sensibles a la radiación de microondas.

Esto mejoraría la eficacia en la absorción de radiación, permitiendo concentrar la energía en localizaciones específicas y, en determinadas circunstancias, llegar a calentar un punto concreto en el interior de un material sin afectar al entorno circundante.

Obtener un calentamiento altamente localizado es muy difícil: por su propia naturaleza, mecanismos habituales de transmisión de calor como conducción o convección, son incapaces de proporcionar una alta precisión espacial. El problema se vuelve aún más complicado si lo que se pretende es llevar la energía precisamente a localizaciones específicas dentro de un material. En este caso, la interacción selectiva de nanopartículas con campos electromagnéticos se convierte en la opción más adecuada, siendo además la única capaz de proporcionar precisión nanométrica.

Nanopartículas de perovskita

En concreto en esta investigación se han desarrollado nanomateriales (nanopartículas de perovskita con una composición definida) que actúan como sumideros de radiación, y son capaces de una respuesta extraordinariamente eficaz a la radiación de microondas, midiéndose velocidades de calentamiento de más de 650ºC/s.

La revista Nano Energy publica los resultados del estudio “Nano-Heaters: New Insights on the outstanding deposition of energy on perovskite nanoparticles”, en el que han participado los investigadores Miguel Escuin, Nuria Navascués, Reyes Mallada y Jesús Santamaría, del INA, en colaboración con José Gracia, actualmente en la empresa Syngaschem.

Los resultados iniciales se han dirigido a la inducción de puntos calientes para catalizar la combustión enprocesos de eliminación de contaminantes. Típicamente éstos se encuentran en concentraciones muy bajas (partes por millón), y su destrucción mediante combustión implica calentar toda la masa de gas a la temperatura necesaria, varios cientos de grados. “Es decir, supongamos que deseamos eliminar por ejemplo moléculas responsables de mal olor que estén en una concentración de 20 partes por millón. Para quemar esas 20 partes de contaminante, tenemos que calentar también las 999.980 partes de aire que las acompañan, un derroche energético. La idea sería transferir la energía sólo al punto donde se necesita (catalizador), y concentrar allí los contaminantes, evitando calentar el resto de la masa gaseosa”, según explica Jesús Santamaría, subdirector del INA y catedrático de Ingeniería Química de la Universidad de Zaragoza.

Aunque los primeros resultados de la investigación se han explotado para catalizar procesos de combustión, existe una multitud de aplicaciones potenciales en campos que van desde la ignición de materiales energéticos hasta los tratamientos en Medicina. Así, hasta ahora se han investigado nanopartículas magnéticas o metálicas para aplicaciones de hipertermia (por ejemplo, para destruir tumores por calentamiento desde el interior), utilizando campos magnéticos o láseres para producir los aumentos de temperatura deseados. Este estudio permite ampliar considerablemente las posibilidades del calentamiento con precisión nanométrica, al incluir los campos de microondas.

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