¿Por qué hay sólidos cristalinos que se encogen al calentarse?

Es cotidiano y clásico en la docencia referirse a la expansión de los sólidos cuando estos se calientan; sin embargo, algunos materiales muestran el comportamiento opuesto, se encogen al calentarse, es decir, poseen un coeficiente de expansión térmica negativo (NTE del inglés negative thermal expansion). En los polímeros y biomoléculas, se explica el comportamiento NTE a través de la elasticidad entrópica de las cadenas libremente articuladas. Para los sólidos inorgánicos cristalinos con NTE los mecanismos subyacentes son objeto del debate científico.

Empleando la difracción de neutrones y con el desarrollo de un modelo teórico cuantitativo, un grupo de investigadores de Estados Unidos y China exponen los mecanismos que explican el comportamiento NTE observado en cristales de ScF₃ con simetría cúbica simple, en términos de la elasticidad entrópica de un cristal de red flexible. Su modelo, en analogía tridimensional a los polímeros, considera cada ion escandio limitado por enlaces rígidos en las tres direcciones (hasta los 700 K), mientras que cada ion flúor es libre de vibrar y desplazarse ortogonalmente a sus enlaces Sc-F (a temperaturas superiores a 300 K).

Esta teoría de la red flexible brinda una formidable explicación del fenómeno NTE para  una gran variedad de materiales y concuerda con  evidencias experimentales.

Los resultados fueron publicados en la revista Science Advances

Mas información en  MRS Bulletin

Diseño de catalizadores metal-zeolita para la conversión catalítica de biomasa

Los desechos de biomasa conllevan una serie de consecuencias negativas para el medio ambiente y la salud humana. En esta revisión, científicos de Nueva Zelanda presentan una visión general de los catalizadores basados en zeolitas que pueden contribuir a la conversión de biomasa.

Los cúmulos metálicos y nanopartículas soportados en un enrejado zeolítico ajustan su acidez e incrementan la actividad catalítica del composito. Sin embargo, la aglomeración de nanopartículas de metal, la sinterización y la lixiviación producen una inestabilidad catalítica que debe abordarse.

La encapsulación de cúmulos metálicos sólo en las cavidades de la estructura de la zeolita es una posible solución a estos problemas, especialmente para las transformaciones catalíticas de biomasa que requieren altas temperaturas.

Este artículo de revisión describe desarrollos recientes y presenta las perspectivas que tiene el uso de catalizadores basados en cúmulos metálicos encapsulados dentro de las zeolitas para reducir la contaminación del aire y las emisiones de productos químicos como el metano, que contribuyen al efecto invernadero.

Los resultados fueron publicados en Bioresource Technology

Nuevo material superconductor capaz de conducir en direcciones opuestas

Los superconductores son materiales que conducen electrones con resistencia cero. La mayoría conduce en una sola dirección; sin embargo, un dispositivo fabricado con un material recién descubierto es capaz de transportar la corriente en ambas direcciones.

            Un grupo de científicos de Estados Unidos sintetizó una película delgada policristalina de un compuesto intermetálico de β-Bi₂Pd sobre un sustrato de SiO_x y midió su conductividad eléctrica. El dispositivo mostró una capacidad poco convencional para hacer circular la corriente en sentido horario y antihorario. Si la topografía tiene forma de anillo, el flujo magnético puede ser no nulo. Dado su carácter cuántico, el flujo magnético sólo puede tener determinados valores discretos y la temperatura crítica de superconducción alcanza sus valores máximos en dichos valores del flujo magnético. Sus desarrolladores afirmaron que este material podría desempeñar un papel en la construcción de la próxima generación de sistemas de computación cuánticas. 

Los resultados fueron publicados en Science.