Nanotecnología
La
palabra "nanotecnología" es usada extensivamente para
definir las ciencias y técnicas que se aplican al un nivel de nanoescala,
esto es unas medidas extremadamente pequeñas "nanos" que permiten
trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. En síntesis
nos llevaría a la posibilidad de fabricar materiales y máquinas
a partir del reordenamiento de átomos y moléculas. El desarrollo
de esta disciplina se produce a partir de las propuestas de Richard Feynman (Breve
cronología -
historia de la nanotecnología).
La
mejor
definición de Nanotecnología que hemos encontrado es
esta: La nanotecnologia es el estudio, diseño, creación, síntesis,
manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales
a través del control de la materia a nano escala, y la explotación
de fenómenos y propiedades de la materia a nano escala.
Cuando se
manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas,
demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, científicos
utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos
y poco costosos con propiedades únicas
Nos interesa,
más que su concepto, lo que representa potencialmente dentro del conjunto
de investigaciones y aplicaciones actuales cuyo propósito es crear nuevas
estructuras y productos que tendrían un gran impacto en la industria, la
medicina (
nanomedicina), etc..
Esta
nuevas estructuras con precisión atómica, tales como
nanotubos
de carbón, o pequeños instrumentos para el interior del cuerpo
humano pueden introducirnos en una nueva era, tal como señala Charles Vest
(ex-presidente del MIT). Los avances nanotecnológicos protagonizarían
de esta forma la sociedad del conocimiento con multitud de desarrollos con una
gran repercusión en su instrumentación empresarial y social.
La
nanociencia está unida en gran medida
desde la década de los 80 con Drexler y sus aportaciones a la"nanotecnología
molecular", esto es, la construcción de
nanomáquinas hechas de átomos y que son capaces de construir ellas mismas otros componentes
moleculares. Desde entonces
Eric Drexler (
personal
webpage), se le considera uno de los mayores visionarios sobre este tema.
Ya en 1986, en su libro
"Engines
of creation" introdujo las promesas y peligros de la manipulación
molecular. Actualmente preside el
Foresight
Institute.
El
padre de la "nanociencia", es considerado
Richard
Feynman, premio Nóbel de Física, quién en 1959 propuso
fabricar productos en base a un reordenamiento de átomos y moléculas.
En 1959, el gran físico escribió un artículo que analizaba
cómo los ordenadores trabajando con átomos individuales podrían
consumir poquísima energía y conseguir velocidades asombrosas.
Existe
un gran consenso en que la
nanotecnología nos llevará a una
segunda revolución industrial en el siglo XXI tal como
anunció
hace unos años, Charles Vest (ex-presidente del MIT).
Supondrá
numerosos avances para muchas industrias y nuevos materiales con propiedades extraordinarias
(desarrollar materiales más fuertes que el acero pero con solamente diez
por ciento el peso), nuevas aplicaciones informáticas con componentes increíblemente
más rápidos o sensores moleculares capaces de detectar y destruir
células cancerígenas en las partes más dedicadas del cuerpo
humano como el cerebro, entre otras muchas aplicaciones.
Podemos decir
que muchos progresos de la
nanociencia estarán entre los grandes
avances tecnológicos que cambiarán
el mundoHOLA ESTA SEMANA HARAS LA HOLA
Nanomaterial y nanotubos
Referencia
Lo que sigue está tomado de un trabajo de personal del Instituto de
Ciencias de Materiales de Barcelona y de la Universidad Autónoma de
Barcelona.
Albert Figueres, Jordi Pascual.
Nanomateriales. Publicado en: Carmen Mijangos y José Serafín,
Coordinadores.
Nuevos materiales
en la sociedad del siglo XXI. Consejo Superior de Investigaciones
Científicas. Madrid, 2007.
El documento integral de la referencia es una importante presentación
de los siguientes temas.
·
Materiales cerámicos.
·
Nuevos materiales
metálicos.
·
Polímeros avanzados.
·
Materiales magnéticos.
·
Nanomateriales.
·
Biomateriales.
·
Materiales para los
laser.
·
Energía y movimiento.
·
La radiación
sincotrónica.
De los cuales se utilizará el capítulo relativo a
nanomateriales.
Conceptos adicionales y usos
La nanociencia y la nanotecnología son nuevas
herramientas para la investigación, la innovación y el desarrollo a
partir del control de la estructura fundamental y el comportamiento de
la materia a nivel atómico. Se utiliza para generar nuevas propiedades y
usos, como: la inclusión de nanopartículas para reforzar materiales, la
mejora de propiedades de materiales diseñados para trabajar en
condiciones extremas, la investigación para detectar y neutralizar la
presencia de microorganismos o compuestos químicos adversos.
Los nanomateriales tienen características
estructurales que hace que al menos una de sus dimensiones esté en el
intervalo 1 a 100 nm. Esto significa que puede haber nanomateriales 1D,
2D y 3D dependiendo de las dimensiones en que se cumple tal intervalo (o
son
nanométricas, según se llaman).
La tecnología que más se emplea es conocida como la
bottom-up (o de
abajo hacia arriba) construyendo nanoentidades por combinación de
elementos más pequeños (átomos y moléculas) guiando el autoensamblaje o
bajo estrategias controladas.
Identificación de
nanomateriales
Nanocompuestos. Se trata de materiales creados introduciendo, en
bajo porcentaje, nanopartículas en un material base llamado
matriz. Con el resultado se
obtiene materiales con propiedades distintas a las de los materiales
constituyentes. Por ejemplo en propiedades mecánicas (como la rigidez y
la resistencia). Los nanopolímeros son usados para relleno de grietas en
estructuras afectas por sismos, por ejemplo.
Nanopartículas. Se trata de partículas muy pequeñas con cuando menos
una dimensión menor de los 100 nm. Las nanopartículas de silicato y las
metálicas, se usan en los nanocompuestos poliméricos.
Nanotubos.
Son estructuras tubulares con diámetro nanométrico. Aunque pueden ser de
distinto material, los más conocidos son los de silicio y
principalmente, los de carbono. Son tipo canuto o de tubos concéntricos
(o multicapa). Algunos están cerrados por media esfera de fulereno (o
fullereno), una forma estable del carbono, del nivel siguiente al del
diamante y el grafito.
Superficies
nanomoduladas. Son ordenadas o multicapa.
Materiales
nanoporosos. Principalmente de sílica y alúmina. Usados, por
ejemplo, para captura de elementos nocivos.
Nanocapas.
Se trata de recubrimientos con espesores de nanoescala. Son usados en
barnices, lubricantes o para endurecer compuestos frágiles o como
protección ante la corrosión.
Nanoestructuras biológicas. Materiales biomiméticos a escala
nanométrica. Como polímeros usados como base para el crecimiento de la
piel. O gomas antimicrobianas.
Fullerenos :
Pocas veces a lo largo de la historia
de actual de la química una investigación ha dado lugar de forma
inesperada al descubrimiento de una familia de moléculas tan excepcional
como es la de los fullerenos, que constituye una nueva forma alotrópica
(estructura en la que se puede encontrar una especie) del carbono,
además de grafito y diamante, y posee unas propiedades excepcionales.
Particularmente destaca la
geometría tridimensional altamente simétrica
de estas moléculas. En concreto, la más pequeña y representativa de
ellas, el fullereno C60, posee una geometría idéntica a la de un balón
de fútbol. Las sorprendentes propiedades de estos compuestos les han
valido a sus descubridores, Harold Kroto, Richard E. Smalley y Robert F.
Curl la obtención del premio Nobel de química de 1996. Las aplicaciones
potenciales de estas moléculas pueden suponer una auténtica revolución
en el mundo de la ciencia.
Su Descubrimiento.
Los
fullerenos se obtuvieron por primera vez de forma casual al irradiar una
superficie de grafito con un láser. Cuando el vapor resultante se
mezcló mediante una corriente de helio se formó un residuo cristalizado
cuyo estudio reveló la existencia de moléculas formadas por sesenta
átomos de carbono. Como se dedujo en un principio, estas moléculas
tenían una geometría semejante a la de la
cúpula geodésica diseñada por el arquitecto
Buckminster Fuller, con motivo de la exposición universal de 1967. Por ello, se conoce a esta familia de moléculas como fullerenos.
Síntesis.
Los fullerenos
se sintetizaron por primera vez en 1990 mediante una descarga en arco,
utilizando electrodos de carbono y en atmósfera de un gas noble.
Generalmente, los fullerenos se preparan mediante vaporización de
grafito
y posterior extracción con disolventes orgánicos. Para separar en las
diferentes moléculas de fullereno (C60, C70) se emplearon técnicas
cromatográficas.
Propiedades Físicas y Químicas.
De todos los fullerenos, el ya mencionado C60 es el más representativo. La molécula de C60 posee la misma geometría que un
balón de fútbol.
En la naturaleza se presenta como un sólido negro de densidad 1,68
g/cm3. Las moléculas de fullereno permanecen unidas por débiles fuerzas
intermoleculares, por lo que poseen libertad de movimiento. A
consecuencia de ello, el cristal es plástico a temperatura ambiente.
La molécula de fullereno C60 posee una estructura formada por
12 pentágonos y 20 hexágonos.
Su estabilidad se basa en la llamada regla del pentágono aislado, que
gobierna en toda la familia de los fullerenos, y según la cual, no
pueden existir pentágonos adyacentes (es decir, que compartan una o más
aristas). La molécula C60 es la estructura más pequeña posible que puede
satisfacer esta regla. La existencia de pentágonos en la estructura es
responsable de la geometría cóncava de ésta.
Los fullerenos son
solubles en ciertos disolventes orgánicos e
insolubles en disolventes polares o con enlaces de hidrógeno (agua).
Estas propiedades de solubilidad condicionan decisivamente la química de
los fullerenos, que es muy rica y variada y se basa fundamentalmente en
reacciones de adición (incorporación átomos o grupos de átomos a la
estructura). Así, los fullerenos pueden adicionar hidrógeno, halógenos,
oxígeno, metales, radicales. Asimismo, se pueden ciclar y
polimerizar,
así como formar complejos huésped-anfitrión con metales de transición.
Por otra parte, pueden verificar reacciones de transferencia
electrónica. Este abanico de posibilidades químicas explica las amplias
expectativas forjadas en torno a las aplicaciones de los fullerenos, que
pasamos a comentar.
Aplicaciones de los fullerenos.
La
ciencia de los materiales ha mostrado desde su descubrimiento un gran
interés por las posibilidades de los fullerenos, dadas sus
múltiples propiedades
y la alta procesabilidad que presentan. Siguiendo estas líneas se han
obtenido polímeros electroactivos (dando reacciones de transferencia
electrónica) y polímeros con propiedades de limitadores ópticos
(trascendental en el campo de los
láseres para evitar el
deterioro de los materiales). Se espera así mismo obtener materiales muy
adecuados para el recubrimiento de superficies, dispositivos
fotoconductores y creación de nuevas redes moleculares.
El campo de la
biomedicina también se ha visto beneficiado por
la aparición de los fullerenos. Destaca sin duda el estudio de las
propiedades de ciertos derivados organometálicos de los fullerenos
solubles en agua, que han mostrado una actividad significativa contra
los virus de inmunodeficiencia que provocan la enfermedad del
SIDA,
VIH-1 y VIH-2. También se baraja actualmente la posibilidad de
incorporar fullereno en los procesos de fototerapia, que permitirían la
destrucción de sistemas biológicos dañinos para los seres humanos.
Dada la versatilidad química de los fullerenos, se espera que una
profundización en el conocimiento de sus propiedades químicas y físicas
conduzca pronto a la aparición de nuevas y prometedoras.
2. Granulado: Por medio de un proceso industrial, el plástico se muele y convierte en granulos parecidos a las hojuelas del cereal.
3. Limpieza:
Los plásticos granulados están generalmente contaminados con comida,
papel, piedras, polvo, pegamento, de ahí que deben limpiarse primero.
4. Peletizado:
Para esto, el plástico granulado debe fundirse y pasarse a través de un
tubo delgado para tomar la forma de spaghetti al enfriarse en un baño
de agua. Una vez frío es cortado en pedacitos llamados pellets.
Extrusión combinada con soplado
