Los Nanomateriales

Nanotecnología y nanomateriales.

Resumen

Este artículo tiene como objeto mostrar la importancia de la nanotecnología, el papel que cumplen los nanomateriales en esta tec-nología, y una serie de aplicaciones que tie-nen que ver con el campo de la ingeniería.

La nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas fun-cionales a través del control de la materia a nano escala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano escala.

Estos materiales a nano escala se denomi-nan nanomateriales, son un producto nano-tecnológico de creciente importancia. Con-tienen nanopartículas, de un tamaño que no supera los 100 nanómetros al menos en una dimensión, por consiguiente su aplicación es muy versátil, convirtiéndose en una base importante para todos los sectores socio-económicos, desde la sanidad y la salud a la energía, tecnologías de la información y comunicación, entre otros. Dado que su principal ventaja es que pueden dar tecno-logías que sustituyen a otras ya existentes con costos muy inferiores, tanto de materias primas como de producción.

Palabras clave: nanotecnología, nano-materiales,

Nanotechnology and nano-materials.

Abstract

This article attempts to show the im-portance of nanotechnology, the role of na-nomaterials in this technology, and a num-ber of applications that have to do with the field of engineering.

Nanotechnology is the study, design, crea-tion, synthesis, manipulation and application of materials, functional devices and systems through control of matter at the nano scale and the exploitation of phenomena and properties of matter at the nanoscale.

These nanoscale materials are called na-nomaterials are a nanotech-logical product of growing importance. Containing nano-particles of a size less than 100 nanometers in at least one dimension, therefore its ap-plication is very versatile, making it an im-portant basis for all socioeconomic sectors, from health and health to energy technolo-gies information and communication, among others. As its main advantage is that they may replace other technologies that already exist with much lower costs of both raw materials and production.

Key words: nanotechnology, nanomaterial.

1. Introducción

Como tema principal la nanociencia estu-dia aquellas propiedades que no se pueden ver a escala macroscópica. En vez de estu-diar materiales en su conjunto, los científi-cos investigan con átomos y moléculas in-dividuales. Al aprender más sobre las pro-piedades de una molécula, es posible unirlas de forma muy bien definida para crear nue-vos materiales con nuevas e increíbles ca-racterísticas, tanto propiedades físicas, bio-lógicas y químicas de las nanoparticulas, además de la forma de producirlos y la ma-nera de ensamblarlos con el fin de poder crear los nano-objetos. 16

A partir de la nanociencia se desprende la nanotecnología, que como su nombre lo ex-presa, trabaja la parte tecnológica de las na-nopartículas. La nanotecnología se inserta directamente en el campo del diseño, lo que quiere decir, que conforman y sintetizan materiales a través del control de la materia a nanoescala para construir nanopartículas que tengan diferentes utilidades a las de la materia original. La nanotecnología aprove-cha los nuevos fenómenos físicos relaciona-dos con los efectos cuánticos que se presen-tan a esa escala de manipulación de la mate-ria. La nanotecnología es una nueva tecno-logía convergente, lo que quiere decir que puede ser relacionada con otros tipos de co-nocimientos, lo que estimula a que aumente la potencialidad de sus aplicaciones. 16

A su vez la nanotecnología trabaja con productos a nanoescala, denominados nanomateriales que son materiales con al menos una dimensión de tamaño inferior a una décima de micra y una superficie muy grande con relación a su volumen, lo que representa una mayor reactividad para su aplicación varios. Pueden modificar nume-rosas propiedades (magnéticas, ópticas y térmicas) respecto a los materiales a escala micro o macroscópica. 17

2. Marco Conceptual

El término de nano materiales nace a partir de los materiales desarrollados a escala manométrica (1 nm equivale a 10E-9m). Lo más habitual es que la manipulación de los elementos se produzca entre 1 y 100 nanó-metros. Los materiales comúnmente utiliza-dos son silicatos, carburos, nitruros, óxidos, boruros, seleniuros, teluros, sulfuros, halu-ros, aleaciones metálicas, intermetálicos, metales, polímeros orgánicos y materiales compuestos. De los cuales se producen ma-teriales nano estructurados, nano partículas, nano polvos, materiales nano porosos, nano fibras, fullerenos nanotubos de Carbono, Nano hilos, dendrímeros, electrónica mole-cular, puntos quánticos y láminas delgadas. 1

 Materiales nano estructurados: sóli-dos con estructura interna de los granos moleculares con un tamaño máximo de 100 nm de diámetro y tienen poblacio-nes granulares menores a decenas de miles de átomos. Como consecuencia se obtienen materiales hasta 1000 veces más livianos que los normales. Los me-tales, cerámicos, semiconductores y po-límeros pueden ser usado para crear es-tos nanomateriales. 2

Cerámicas nano estructurados como bioimplantes, imanes permanentes de al-ta temperatura para motores de aviones, almacenamiento de la información, vál-vulas de espín, sensores y actuadores basados en MEMS y NEMS, entre otros. 3

 Nano partículas y nano pol-vos: partículas microscópicas que tiene un tamaño máximo de 100 nm, estudia-do y utilizado actualmente en el área de la ciencia por su amplia aplicabilidad en las siguientes industrias:

Nano partículas para la absorción a través de la piel y los ojos; por inhala-ción para evitar que las enzimas del es-tómago, los pulmones al carecer de estas enzimas eviten la destrucción de la dro-ga; nano cápsulas de liberación retarda-da y los dendrímeros para la administra-ción de fármacos.

Estos compuestos presentan una alta capacidad de absorción a la radiación ultravioleta y contienen materiales opa-cos que reflejan la luz, especialmente óxidos metálicos. La preparación de cremas con estos nano componentes son mejores que las cremas convencionales.

En compuestos inorgánicos como TiO2 y ZnO (200nm), entre otros, absorben diferentes radiaciones. La longitud de onda de luz en el TiO2 y el ZnO permite absorber la radiación procedente de todo el espectro de luz ultravioleta, protegiendo la piel del sol. Los nano polvos son transparentes y al aplicarlas no se ven de color blanco con en las cremas anti solares convencionales. 4

Los materiales nano polvos son tóxicos y las incidencias ambientales hacen que afecten a la salud humana debido a la bioacumulación y persistencia de las nano partículas en el ambiente y en la cadena alimentaria. Es indispensable el cuidado en el manejo de estos compo-nentes en cuanto a su transporte y mani-pulación.

Las nano partículas de zinc se utilizan para la fabricación de neumáticos de alto rendimiento fibras para la fabricación de telas con propiedades anti manchas y antiarrugas, en cosméticos, en la elec-trónica, la aeronáutica y toda la industria del transporte. 5

En electrónica se utilizan partículas magnéticas para memorias de alta den-sidad, partículas magnéticas de apanta-llamientos EMI, circuitos electrónicos NRAM mediante Cu y Al, ferro fluidos, pantallas con dispositivos de emisión basados en óxidos conductores. 6

 Nano cápsulas: tienen como función nanocápsulas de liberación de sustancias como fármacos, insecticidas, fungicidas, plaguicidas, herbicidas y fer-tilizantes. Se han patentado micro cap-sulas de 250 nanómetros que liberan los plaguicidas al contacto con las hojas de las plantas. Aunque es más eficiente en la dosificación de sustancias peligrosas, también es cierto que estas sustancias pueden penetrar la piel, los pulmones y otros órganos, es desconocido el efecto que surta esta condición. 7

 Materiales nano porosos: Son membranas con control de poro a nivel atómico elaborado por múltiples com-ponentes el cual el más pequeño es re-movido para que forme los poros. Los científicos han desarrollado un nuevo método llamado collective osmotic shock.8

Los materiales nano porosos pueden utilizarse como filtros capaces de separar residuos como metales pesados y re-siduos industriales del agua. Otras apli-caciones con el silicio poroso, un mate-rial nano estructurado de configuración esponjosa formada por hilos de silicio interconectadas entre sí. Los efectos de confinamiento cuántico que suceden en este tipo de estructuras hacen que el gap energético es mayor. El espectro de lu-miniscencia del silicio nano poroso consta de tres bandas: color azul, color rojo e infrarrojo. La de color rojo es la única que puede ser excitada eléctrica-mente. 9

Se utiliza también como reductor de emisión contaminantes, aislante, super-condesadores para almacenamiento de energía, almacenamiento de gases (Hi-drogeno, Metano), ingeniería de tejidos para aplicaciones médicas, liberación controlada de fármacos. 10

 Nanofibras: El desarrollo de nano fibras da lugar al desarrollo de nuevos instrumentos en la biomédica, células solares, entre otros. Una de sus aplicaciones es en la entrega de genes y manipulación de las células y la interac-ción con las nano fibras. 11

Otra aplicación para las nano fibras es utilizarla para controlar el inventario en textiles introduciendo dentro

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