NANOTECNOLOXÍA

Sergio Cabana

Andrew Nisttahuz

ÍNDICE

1) Definición de nanotecnoloxía 2) Ferramentas e técnicas 3) Nanomateriais 4) Aplicacións 5) Conclusión 6) Bibliografía

1. Definición: A nanotecnoloxía é a manipulación da materia a escala nanométrica, isto é, traballando con tamaños de entre 1 a 100 nanómetros. Para entender o que isto significa, un nanómetro son 10^­9 m,ou o que é o mesmo, 0´000000001 m. A nanotecnoloxía é un campo moi amplo, que inclúe diferentes disciplinas da ciencia tan diversas como a ciencia de superficies, química orgánica, bioloxía molecular, física dos semicondutores, microfabricación, etc. As investigacións e aplicacións asociadas son igualmente diversas, incluíndo extensións da física, auto­ensamblaxe molecular, desenvolvemento de novos materiais ou incluso o control directo da materia a escala atómica. En resumo, a nanotecnoloxía é o estudo, deseño, creación, síntese, manipulación e aplicación de materiais, aparatos e sistemas funcionais mediante o control da materia a nanoescala, e a explotación de fenómenos e propiedades da materia a esas escalas. A nanotecnoloxía é, polo tanto, unha rama da nanociencia, é dicir, o estudo de todos os aspectos científicos a tamaño nanométrico.

2. Ferramentas e técnicas Na actualidade, grazas aos novos microscopios de efecto túnel, podemos “ver” os átomos e “collelos” para fabricar substancias e pezas de máquinas de tamaño atómico. O microscopio de efecto túnel , como xa dixemos, é una tecnoloxía clave. Baséase no principio de que a estructura dunha superficie pode ser estudiada usando una agulla que percorre a superficie a unha distancia fixa sobre ela (a agulla e a superficie non están en contacto, senón que existe una transmisión de corrente entre elas). O extremo da agulla está formado por un só átomo, o que permite que se detecten os máis pequenos detalles. Para traballar con materiais non conductores (mostras biolóxicas), é necesario empregar outro microscopio, o microscopio de forza atómica, que detecta as cargas atractivas ou repulsivas do átomo. Existen varias metodoloxías empregadas para fabricar os nano­obxectos. Así, podemos "esculpir" o material para reducir as súas dimensións ou construílo molécula a molécula. O uso da técnica máis axeitada, dependerá do material empregado e do dispositivo a fabricar. Tanto cunha técnica como con outra temos que ter moi en conta a mecánica cuántica, xa que ten efectos específicos na escala nanométrica. E por suposto, a utilización destas técnicas cambia dun xeito radical os métodos industriais necesarios. O uso destas técnicas de fabricación permitirá o deseño e creación de complexos dispositivos a escala nanométrica.. Segundo a forma de traballo as técnicas divídense en: A) TOP­DOWN: Con este método redúcese o tamaño dos obxectos. Os mecanismos e as estruturas son miniaturizadas a escala nanométrica. Este enfoque (de arriba cara abaixo), sería similar ao tallado do material a granel (o mesmo que un escultor e a súa obra) para crear características de tamaño nanométrico, e non tratando co nivel atómico da materia. Este tipo de nanotecnoloxía é o máis frecuente, máis concretamente no ámbito da electrónica, onde predomina a miniaturización. B) BOTTOM­UP: Tamén coñecido como auto­ensamblaxe, comeza cunha estrutura nanométrica, como unha molécula, e mediante un proceso de montaxe (auto­ ensamblaxe) que implica a creación dunhas condicións nas que os átomos e as moléculas se asocien dunha forma específica, créase un mecanismo maior que o mecanismo co que comezamos. Basicamente, este método consiste en fabricar os nano­obxectos ensamblando átomos ou moléculas.

Este enfoque, que algúns consideran como o único e "verdadeiro" enfoque nanotecnolóxico, permite que a materia poida controlarse dun xeito extremadamente preciso. Desta maneira poderemos liberarnos das limitacións da miniaturización, moi presentes no campo da electrónica. Tamén podemos clasificar as distintas técnicas segundo o campo no que se traballa:

A) NANOTECNOLOXÍA HÚMIDA Esta tecnoloxía baséase en sistemas biolóxicos que existen nun entorno acuoso incluíndo material xenético, membranas, enzimas e outros compoñentes celulares. Tamén empregan organismos viventes cuxas formas, funcións e evolución, son gobernados polas interaccións de estruturas de escalas nanométricas.  B) NANOTECNOLOXÍA SECA É a tecnoloxía que se adica á fabricación de estruturas en carbono, silicio, materiais inorgánicos, metais e semicondutores. Tamén está presente na electrónica, magnetismo e dispositivos ópticos. Pode ser confundida coa micro­miniaturización. C) NANOTECNOLOXÍA SECA E HÚMIDA As últimas propostas tenden a empregar unha combinación da nanotecnoloxía húmida e da nanotecnoloxía seca. Unha cadea de ADN é programada para forzar moléculas en áreas moi específicas permitindo que se formen unións covalentes en zonas moi concretas. As formas resultantes pódense manipular para permitir o control posicional e a fabricación de nanoestruturas.

Esquema do microscopio de forza atómica

3. Nanomateriais Os nanomateriais son materiais con propiedades morfolóxicas (a morfoloxía estuda as propiedades e a xeración dun material) menores a 1 µm polo menos nunha dimensión. As escalas dos nanomateriales oscilan entre 1 y 100 nm, aínda que existe certa polémica sobre estes tamaños. A utilidade de traballar con materiais nestes tamaños e que poden cambiar as súas propiedades a nanoescala en comparación coa macroescala. Por exemplo, o cobre vólvese transparente, o platino vólvese catalizador, o aluminio vólvese combustible, o oro pasa a estado líquido e algúns aislantes convértense en condutores. Poden clasificarse en:

1) Nanoarxilas: Son arxilas con estrutura de lámina cuxas propiedades son totalmente distintas ás usadas ata agora. As súas maiores aplicacións son a descontaminación e a resistencia ao desgaste de tintas, que as incorporan na súa composición.

2) Nanotubos: Estruturas con forma de tubo cuxo diámetro é nanométrico. Os máis importantes son os de carbono, cuxa estrutura é a dunha lámina de grafito enrolada sobre si mesma.

3) Nanopartículas: Partículas microscópicas cunha dimensión menor a 100 nm. Poden ter aplicacións en campos biomédicos, ópticos ou electrónicos, e clasifícanse en:

a) Nanopartículas con base de carbono b) Nanopartículas con base metálica c) Dendrímeros (polímeros nanométricos) d) Combinacións de nanopartículas (composites) 4) Nanocapas: Estruturas nanométricas que recobren materiais. Poden absorber enerxía solar ou atribuír propiedades condutoras. A continuación, falaremos de cinco nanomateriais que poden causar una verdadeira revolución tecnolóxica:

1) Puntos cuánticos Trátase dun nanomaterial cerodimensional con forma esférica. Unha das súas principais propiedades é que é capaz de absorber todos os colores do espectro electromágnetico da luz solar, ademais de proxectar feixes luminosos infravermellos e ultravioletas. Nese sentido, espéranse importantes aplicacións no campo da iluminación ou na fabricación de células solares máis eficientes e baratas, tendo en conta que coas actuais, de silicio, soamente é absorbido un dos compoñentes do espectro solar, desperdiciando o resto. Polo momento, aínda estáse a traballar nesa direción nos laboratorios e non se desenvolveu unha produción comercial deste tipo de células.

2) Nanotubos de carbono

Trátase dun nanomaterial monodimensional derivado do carbono. Desde os anos 70, posicionouse como un novo material con moitas posibilidades no campo da electrónica, pero a día de hoxe son as súas excelentes propiedades mecánicas as que están a dar orixe a aplicacións reais. É cen veces máis forte que o aceiro e entre seis e dez veces máis lixeiro. Ademais, é elástico. Por iso utilízase xa na fabricación de determinados produtos de uso cotiá, por exemplo, artículos deportivos como poden ser bicicletas ou raquetas.

Nanotubo de carbono

3) Grafeno É de tipo bidimensional. En esencia, é como unha lámina de papel, transparente e co espesor dunha única capa atómica; por iso trátase dun material ultralixeiro. O que se espera do grafeno desde o seu descubrimento é o aproveitamento das súas propiedades no campo da electrónica, onde está chamado a cambiar as reglas da computación, permitindo a construción de ordenadores máis rápidos.

4) Nanocelulosa A súa orixe está na madeira. É resistente e ademais, igual que o grafeno, posee moitas propiedades electrónicas. Obténse a partir da compresión de fibras vexetais ou a través de cultivos naturais onde distintos tipos de bacterias a producen de forma autónoma, aínda que ata agora con altos costes e dificultades para xerar grandes cantidades de nanocelulosa. A última novidade é a posibilidade de empregar un determinado tipo de alga para producir o material dun xeito natural, sen necesidade de nutrintes. Só sería necesaria luz solar e auga, algo que significaría unha auténtica revolución, non soamente polo ecolóxico do proceso senón tamén pola reducción radical dos costes.

5) Fullereno

É un nanomaterial cerodimensional e forma esférica, neste caso obtido a partir do carbono. Xeometricamente, é unha especie de balón que nos seus vértices ten átomos de carbono e nas súas aristas enlaces químicos. A súa aplicación máis relevante na actualidade é a sua utilización no campo das células solares. O fullereno permitiu crear plásticos condutores de electricidade, logro que levou á creación de células solares orgánicas, a base de carbono, e tamén flexibles.

4. Aplicacións Neste apartado falaremos das aplicacións actuais da nanotecnoloxía: ­Aplicacións eléctricas:

1) Batería flexible de nanotubos de carbono: Ao unir nanotubos de carbono ao papel obténse un material flexible que pode ser empregado como condensadores ultrafinos

2) LED: Superan ás lámparas tradicionais tanto en eficiencia enerxética como na rapidez coa que empezan a emitir luz

­Aplicacións en electrónica: Nanochips: Desde o ano 2000 fabrícanse chips de microprocesadores empregando compoñentes de tamaño nanométrico, e na actualidade investíganse novos métodos para a fabricación destes chips ­Aplicacións en medicina e farmacia: Investíganse as buckyballs (moléculas esféricas de 60 átomos de carbono) con medicamentos no seu interior, ademais de métodos para que os átomos actúen directamente sobre os virus. Isto pode provocar unha revolución nos tratamentos médicos. ­Aplicacións na industria téxtil: Trabállase con tecidos capaces de repeler líquidos ou manchas empregando tecnoloxías de fiado con nanotubos e outros materiais nanométricos. Estos aspectos van a estar presentes en moitos aspectos cotiás (tapicería de coches, roupa…) ­Aplicacións en arquitectura e urbanismo:

1) Recubrimentos: Serven para protexer as paredes e cristais de grafitis, facendo que a pintura esvare, ou para evitar a corrosión de elementos metálicos.

2) Vidrios fotocrómicos: Cambian de cor segundo a luz incidente. Con iso non só diminúe a temperatura, senón que poden reflexar a luz UV e IR dun xeito intelixente, protexendo a pel humana e a cor dos obxectos

3) Cerámica: Utilizada para a fabricación de sanitarios que repelen os líquidos, evitando que éstes se ensucien e que se depositen bacterias sobre eles.

5. Conclusión A nanotecnoloxía é sen dúbida unha disciplina moi complexa, xa que incluso permite manipular os átomos individualmente. Sen embargo, todas as posibles dificultades que poden surxir vénse compensadas coas múltiples aplicacións destas tecnoloxías, que poden chegar a causar unha auténtica revolución en campos como a industria ou a medicina e incluso na nosta vida cotiá. Por iso cremos que é necesario seguir investigando nestas técnicas tan innovadoras.

6. Bibliografía 1) Anguita, Francisco et alii (2008): Ciencias para o mundo contemporáneo, Santillana 2) https://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia_que_es.htm 3) https://es.wikipedia.org/wiki/Nanotecnolog%C3%ADa 4) https://nanotecnologia.fundaciontelefonica.com/2008/11/01/tecnicas­en­nanotecnolo

gia/ 5) http://maniqui.ru/educacin­y­lenguas/ciencia/nanotecnologa/20055­nanotecnologa­de

­abajo­hacia­arriba­o­de­arriba.html 6) http://www.monografias.com/trabajos90/lananotecnologia/lananotecnologia.shtml#inv

ersiona 7) http://es.slideshare.net/cmcgrupo81b/nanomateriales87 8) https://es.wikipedia.org/wiki/Microscopio_de_fuerza_at%C3%B3mica 9) http://www.info­ab.uclm.es/labelec/Solar/Otros/Nanotecnologia/HerraYTecncasNan.h

tm#fuerza_atomica