Ingeniería inversa para el diseño de productos

El descubrimiento de que el vanadato de itrio dopado con europio (\(YVO_4:Eu^{3+}\)) podía actuar como un fósforo rojo brillante fue un avance crucial para la televisión en color. Anteriormente, los fósforos rojos eran débiles, lo que resultaba en colores apagados. La intensa emisión roja de banda estrecha del ion \(Eu^{3+}\) permitió la creación de pantallas con colores brillantes y vibrantes, mejorando drásticamente la calidad de la televisión en color y estableciendo el estándar para la tecnología de visualización.

La síntesis descendente implica la creación de nanomateriales partiendo de un material más grande y voluminoso, descomponiéndolo o modelándolo a escala nanométrica. Las técnicas clave incluyen métodos mecánicos como el fresado de bolas y métodos litográficos como la fotolitografía, la litografía por haz de electrones y la litografía por nanoimpresión. Estos métodos se utilizan a menudo para crear superficies estructuradas y circuitos integrados, pero pueden presentar imperfecciones superficiales.

El almacenamiento de energía en volante de inercia (FES) funciona acelerando un rotor (volante de inercia) a una velocidad muy alta y manteniendo la energía en el sistema como energía cinética rotacional. La energía almacenada es proporcional al cuadrado de la velocidad de rotación. Al extraer energía, la rotación del volante de inercia se ralentiza. La fórmula para la energía almacenada es \(E = \frac{1}{2} I \omega^2\), donde I es el momento de inercia y ω es la velocidad angular.

La electrónica molecular explora el uso de moléculas individuales o conjuntos moleculares a escala nanométrica como componentes electrónicos fundamentales. Este enfoque busca construir circuitos en el límite máximo de la miniaturización, mucho más allá de la tecnología tradicional basada en silicio. Los componentes clave incluyen cables moleculares, interruptores y rectificadores, aprovechando propiedades de la mecánica cuántica, como el efecto túnel de electrones a través de orbitales moleculares, para su funcionamiento.

Las baterías de iones de litio funcionan mediante un mecanismo de intercalación, una inserción reversible de iones en un material portador estratificado. Durante la descarga, los iones de litio (\(Li^+\)) ​​se desintercalan de un electrodo negativo (ánodo), generalmente grafito, y se desplazan a través de un electrolito no acuoso para intercalarse en un electrodo positivo (cátodo), generalmente un óxido metálico. Los electrones viajan a través del circuito externo, creando corriente.

La presión de vapor de equilibrio del agua sobre una superficie líquida en aire húmedo (\(p^*_{H_2O,a}\)) es ligeramente mayor que la presión de vapor de equilibrio sobre una superficie de agua pura (\(p^*_{H_2O}\)). Esta diferencia se cuantifica mediante el factor de mejora del vapor de agua, \(f_w\), que depende de la temperatura y la presión del aire húmedo. La relación es \(p^*_{H_2O,a} = f_w(T, p_{ms}) \cdot p^*_{H_2O}\).

Los imanes de tierras raras son potentes imanes permanentes fabricados a partir de aleaciones de elementos de tierras raras. Desarrollados en las décadas de 1970 y 1980, los tipos más comunes son los imanes de neodimio (NdFeB) y los imanes de samario-cobalto (SmCo). Son el tipo de imán permanente más potente que se fabrica, produciendo campos magnéticos significativamente más intensos que los imanes de ferrita o alnico, lo que permite la miniaturización y un mejor rendimiento en muchas tecnologías. Nota: El término "elemento de tierras raras" es un nombre histórico inapropiado. Estos elementos no son excepcionalmente raros en la corteza terrestre. El cerio, el más abundante, es el 25.º elemento más abundante, similar al cobre. Incluso el lutecio, el elemento de tierras raras estable menos abundante, es casi 200 veces más común que el oro. La etiqueta "raro" surgió porque eran difíciles de separar.

CMOS (semiconductor complementario de óxido metálico) es la tecnología dominante para la construcción de circuitos integrados. Utiliza pares complementarios de MOSFET de tipo p y tipo n para construir puertas lógicas. Su principal ventaja es su bajo consumo de energía estática, ya que un transistor del par permanece siempre apagado durante el estado estacionario, lo que resulta en un flujo de corriente mínimo, excepto durante las transiciones de conmutación.

Desarrollado por el ingeniero francés Pierre Bézier para Renault en la década de 1960, UNISURF fue uno de los primeros sistemas CAD/CAM 3D auténticos. Su principal innovación fue el uso de lo que hoy conocemos como curvas y superficies de Bézier. Se trata de curvas paramétricas definidas por un conjunto de puntos de control, que permiten la creación intuitiva y matemática de formas libres complejas para carrocerías.

Los sistemas de Almacenamiento de Energía Magnética Superconductora (SMES) almacenan energía en el campo magnético creado por el flujo de corriente continua en una bobina superconductora. La energía puede almacenarse indefinidamente mientras la bobina se mantenga a temperaturas superconductoras, ya que prácticamente no hay pérdida de energía por resistencia eléctrica. La energía almacenada viene dada por \(E = \frac{1}{2} LI^2\).

La Física del Fallo (FdF) es un enfoque de la ingeniería de la fiabilidad que utiliza los conocimientos de la ciencia de los materiales y la física para comprender y modelizar los mecanismos que originan los fallos. En lugar de basarse únicamente en datos estadísticos de fallos anteriores, se centra en la predicción de fallos mediante el análisis de los procesos físicos (por ejemplo, fatiga, corrosión, fluencia) que conducen a la degradación y la rotura.

El Efecto de Tamaño Cuántico describe el fenómeno en el que las propiedades electrónicas y ópticas de un material cambian a medida que su tamaño se acerca a la nanoescala. Cuando las dimensiones de un material se vuelven comparables a la longitud de onda de De Broglie del electrón, se produce confinamiento cuántico. Esto cuantifica los niveles de energía de los electrones, lo que genera una banda prohibida dependiente del tamaño: \(E_g(R) \approx E_{g,\b\u\lk} + \frac{\hbar^2\pi^2}{2R^2}(\frac{1}{m_e^*} + \frac{1}{m_h^*})\).

La profundidad de descarga (DoD) indica el porcentaje de la capacidad de una batería que se ha descargado. Es el inverso del estado de carga (SoC), donde el 100 % de DoD significa que la batería está descargada. La vida útil de una batería depende en gran medida de su DoD promedio; ciclos de DoD más bajos (por ejemplo, una descarga de solo el 80 % de su capacidad) aumentan significativamente la cantidad de ciclos que una batería puede soportar.

Los imanes de neodimio son el tipo de imán permanente más potente disponible comercialmente. Son una aleación ternaria de neodimio, hierro y boro, con la fórmula estequiométrica Nd₂Fe₁₃B. Su gran fuerza magnética se debe a la alta anisotropía magnética y magnetización de saturación del material, derivadas de su estructura cristalina tetragonal. Sin embargo, son frágiles, susceptibles a la corrosión y tienen una baja temperatura de Curie.