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Cristal fotónico, energía solar para teléfonos móviles

Actualmente, según Apple, el iPhone 4S tiene una autonomía de 7 horas de comunicación 3G. Con el descubrimiento que los investigadores acaban de realizar en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), podría ser multiplicada por diez.

Para lograr esto, en lugar de las baterías actuales, los dispositivos electrónicos portátiles podrían ser alimentadas por minúsculos generadores de electricidad. Estas pequeñas centrales portátiles podrían utilizar el calor del sol o generarlo químicamente a partir de microrreactores que funcionarían con combustible, como el butano, por ejemplo.

Y si no es un tecnología para mañana, tal vez lo sea para pasado mañana. Eso es lo que afirma Ivan Celanovic, uno de los investigadores del MIT que realiza este trabajo, “un producto basado en esta tecnología podría llegar a nacer dentro de dos años, y muy probablemente estar en el mercado en los próximos cinco años“.

cristal fotónico

Imagen microscópica de la aleación de tungsteno y del cristal fotónico 3D utilizado para el experimento. © Y.X. Yeng et al.

El cristal fotónico, ¿el futuro de los paneles fotovoltaicos?

Los científicos del MIT, que publicaron sus resultados en Pnas, han utilizado cristales fotónicos, estructuras metálicas finamente grabadas con patrones periódicos que afectan a las ondas electronmagnéticas (fotones, etc) de la misma forma como funcionan los semicondutores sobre los electrones. Las dimensiones de las estructuras determinan el rango de longitudes de onda afectados por el cristal.

Estos cristales funcionan a altas temperaturas (alrededor de 700° C) y pueden ser usados, por ejemplo, para emitir radiación en un rango muy fino de longitudes de onda. También pueden, a la inversa, de manera eficiente absorber de la radiación en una banda específica. Equivalentes naturales existen: el ópalo, cuyas dimensiones corresponden a las estructuras periódicas de la longitud de onda de la luz visible.

Sin embargo, estos materiales son difíciles de fabricar y es difícil obtener un rendimiento adecuado, especialmente en términos de regularidad de la estructura y robustez. Los investigadores del MIT han usado una de tungsteno puro y el proceso de fabricación ha sido controlado por ordenador, dando como resultado, dicen, en un cristal fotónico de excelente calidad. Según ellos, la producción en masa sería posible.

Su cristal ensanchado por pequeñas cavidades, de 0,75 micras de diámetro y 3 micras de profundidad. Estas dimensiones corresponden a las longitudes de onda de los rayos infrarrojos, y el material efectivamente puede capturar la energía térmica recibida en esa forma. Una aplicación de este material es una célula termofotovoltaica, es decir un sensor fotovoltaico que trabaja en el infrarrojo.

Aquí tenemos un medio eficaz para la conversión directa de calor (como infrarrojos) en electricidad, en la que mucha gente en el mundo está interesada. Para la Nasa supondría una forma de alimentar un robot cuando se aleja del sol. El rover Curiosity en ruta hacia Marte, por ejemplo, no utiliza paneles solares, como Spirit y Opportunity, sino un generador de isótopos (RTG). Según los investigadores, aplicando este principio, con un minigenerador de calor podría alimentarse un teléfono móvil

Este trabajo también está cerca de otro, también del MIT, dirigido por Peter Bremel, que ha creado una célula con un cristal fotónico de tungsteno instalado en frente de una célula fotovoltaica de indio-arseniuro de galio (InGaAs), un semiconductor utilizado en la electrónica. El resultado es una célula que, cuando está bien dirigida hacia el sol, produce electricidad con una eficiencia del 37%, mayor que la de las células fotovoltaicas (menos del 30% en el laboratorio y aún menos en las placas solares comercializadas) .

Por el momento, en fase de experimentación, estas tecnologías podrían ser comercializados en los próximos años. Y podrían cambiar el uso de los dispositivos inalámbricos.

El ópalo es un cristal fotónico natural

El ópalo es un cristal fotónico natural. Para sus experimentos, los investigadores del MIT utilizan los mismos principios, pero adaptado al infrarrojo. © Wikipedia

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