Nanomateriales

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE HERMOSILLO[pic 1]

INGENIERÍA MECÁNICA

INGENIERÍA DE MATERIALES NO METÁLICOS

UNIDAD IV

NANOMATERIALES

IMPARTIDA POR: FERNANDO JAVIER CARRASCO GUIGÓN

ALUMNO: RIOS ANAYA AXEL ISACK

HERMOSILLO, SONORA, MÉXICO

12 DE DICIEMBRE DEL 2022

INTRODUCCIÓN

Los nanomateriales tienen propiedades únicas y especiales debido a su reducido tamaño que las hace adecuadas y esenciales para algunas aplicaciones, entre ellas la salud, electrónica, eléctrica, etc. Aunque aún no se ponen completamente de acuerdo los científicos e investigadores que están avances en la materia sobre la definición completa de nanomateriales, con lo que están de acuerdo es en el tamaño que debe tener para considerarse parte de esta categoría.

Esta investigación abarca varios temas relacionados a estos materiales, los cuales algunos llaman “los materiales del futuro” por sus propiedades. Entre los temas a tratar están las categorías en que estos caen, algunos ejemplos y sus aplicaciones, y especial énfasis en los tipos de fabricación que hay para manufacturar a los nanomateriales, pues creí que era el tema más importante debido a la gran cantidad de métodos que hay para formar estos materiales.

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN        1

ÍNDICE        2

NANOMATERIALES        3

¿QUÉ SON?        3

PROPIEDADES DE LOS NANOMATERIALES        3

TIPOS DE NANOMATERIALES Y EJEMPLOS        4

CANTIDAD PRODUCIDA DE NANOMATERIALES Y SUS USO        6

FABRICACIÓN DE NANOMATERIALES        7

BOTTOM-UP        7

TOP-DOWN        10

CONCLUSIÓN        14

BIBLIOGRAFÍA        15

¿Qué son?

NANOMATERIALES

Este tipo de materiales se caracterizan por tener un tamaño de partícula menor a 100 nm por lo menos en alguna de sus tres dimensiones. En la comunidad científica, lo único en lo que coinciden todos es en el tamaño de estos materiales, pero fuera de eso, no se ha llegado a una definición concreta.

Una de las principales curiosidades de los nanomateriales es que las propiedades fisicoquímicas son diferentes cuando el tamaño cambia de micro a macroscópico. Un ejemplo de esto es el mercurio, pues cuando los nano cristales tienen un tamaño menor a 2 nm muestra un comportamiento no metálico. Esto es el resultado de que al disminuir el tamaño, tiene mayor espacio para interactuar con otras moléculas y/o átomos para repelerse por la interacción de sus nubes electrónicas como para atraerse (puentes de hidrógeno, interacciones de Van der Waals, interacciones electrostáticas, etc.).

A medida que avanza el tiempo, también lo hace la nanotecnología, y cada vez se van encontrando más usos y aplicaciones para los nanomateriales en áreas de salud, electrónica, cosméticos, textiles, informática y cuidado del medio ambiente.

El interés de los nanomateriales proviene de que tienen propiedades física únicas que pueden dar como resultado un comportamiento favorable, variando sus aplicaciones en mejores pinturas, mejores medicamentos y electrónicos más rápidos por su tamaño, formas, composición, características de su superficie, su carga o su velocidad de disolución.

Propiedades de los nanomateriales

A medida que reducimos el tamaño a la escala nanométrica, aumenta el área superficial expuesta y esto es favorable para lograr una mayor interacción entre átomos y moléculas cercanos, posibilitando diversas interacciones, atracciones y repulsiones que causan efectos superficiales, electrónicos y cuánticos que afectan al comportamiento óptico, eléctrico y magnético de los materiales.

Esto hace que con una cantidad muy pequeña de nanomaterial se puedan modificar y mejorar de forma muy significativa las propiedades de otros materiales, proporcionándole un gran potencial y valor añadido. Un ejemplo de esto serán los polímeros dopados con nanotubos de carbono, los cuales hacen que el material dopado tenga una ligereza, resistencia mecánica y funcionalidad superior a la de los metales.

[pic 2]

Figura 1. Nanotubo de carbono

Tipos de nanomateriales y ejemplos Dimensión 0

Las 3 dimensiones del material se encuentran dentro del parámetro, o sea, son menores a 100 nanómetros. En esta categoría están los fullerenos, los nanomateriales inorgánicos como nanopartículas de oro y plata, nano-dots, nanoarcillas o nanodiamantes.

Los fullerenos tienen posible aplicación en el área de salud como medio de transporte para medicamentos y fármacos ya que tienen buena biocompatibilidad, retienen la actividad biológica y su tamaño es lo suficientemente pequeño para difundirse.

Los quantum dots de carbono son estructuras semiconductoras de carbón estudiadas para sustituir a los quantum dots utilizados tradicionalmente, puesto que en cuanto a fluorescencia tienen las mismas propiedades lo que permite que sean usados como biosensores, pero la diferencia radica en que son biocompatibles y son mucho menos tóxicos.[pic 3]

Figura 2 Fullereno de carbono

Unidimensionales

Dentro de esta categoría están los materiales que tienen dos dimensiones dentro de la nanoescala. Aquí se encuentran los nanotubos y nanofibras de carbono. Estos 2 materiales se utilizan como aditivos en matrices poliméricas para resaltar o mejorar algunas propiedades del polímero base.

Estos materiales además mejoran la conductividad eléctrica en adhesivos y pinturas sin modificar o alterar las propiedades reológicas de estos y evitan la corrosión de los materiales que se recubren. Las propiedades de la conductividad eléctrica permiten que tengan cabida en la construcción de cátodos y ánodos y en la formulación de tintas

conductoras, las cuales pueden usarse en la construcción de circuitos electrónicos flexibles.[pic 4]

Figura 3 Nanofibras de carbono obtenidas a partir de CO2

Bidimensionales

Aquí, solo una de las 3 dimensiones del material está dentro de la nanoescala. Estos son materiales en forma de láminas. Aquí se encuentran el grafeno, los nanofilms y los nanocoatings.

En esta categoría el grafeno es el material más famoso o más representativo y el que tiene mayor cantidad de aplicaciones potenciales en campos variados, tales como la medicina, donde se investiga su aplicación como sistema de transporte y liberación de medicamentos o como biosensor. En el sector energético se utiliza el grafeno para aumentar la durabilidad de la vida de las baterías de litio tradicional, cargándola de forma más rápida y manteniéndola en servicio durante más tiempo. En el área de la electrónica se puede introducir este material en las pantallas táctiles de los dispositivos para mejorar las propiedades, o en los circuitos eléctricos de las computadoras para aumentar la velocidad de procesamiento. Además de eso, se estudia su adaptación como sistema de filtración puesto que el óxido de grafeno es capaz de formar una capa que actúa como barrera frente a líquidos y gases posibilitando la purificación del agua.[pic 5]

Figura 4 Representación gráfica del grafeno

Tridimensionales

Los nanomateriales que encajan con esta definición son aquellos que no tienen ninguna de las tres dimensiones en los parámetros de la escala nanométrica. Los materiales que aquí se encuentran son aquellos nanoestructurados , las dispersiones de partículas y los multi-nanolayers. En este sentido, se está investigando y analizando el óxido de tungsteno para su aplicación como material para la generación fotoelectroquímica de hidrógeno. La superficie de este semiconductor nanoestructurado absorbe la energía solar y actúa simultáneamente como electrodo para la electrólisis de agua.[pic 6]

Figura 5 Varas de óxido de tungsteno.

Cantidad producida de nanomateriales y sus usos

...