Andres F. Muñoz Patiño · Hatch Indisa S.A.S. Ornel J. Padilla Estrada · Hatch Indisa S.A.S

Jaime Andrés Gallego · U de A

NANOMATERIALES, UN MUNDO DE APLICACIONES PARA LA INDUSTRIA COLOMBIANA

RESUMEN

1. PRINCIPALES HITOS EN LA EVOLUCIÓN DE LA NANOTECNOLOGÍA

Gracias a los avances en la viabilidad técnica y en la producción de diferentes nanopartículas, en recientes décadas, las puertas de la innovación se han abierto a innumerables aplicaciones en varios sectores de la industria tanto local como internacional; así pues, en el presente artículo se recopilan los avances locales en la producción de nanopartículas y las potenciales aplicaciones en la industria local, siempre enfocadas en brindar valor agregado, tanto a materias primas, como a productos locales.

Palabras clave: Nanopartícula, Nanotecnología, innovación, industria local

2018: Creación del centro Nacional de Nanotecnología

2016: Priorización de la Nanotecnología en el PAED

2012: Iniciativa regional de Nanotecnología (IRI Nano)

2011: Iniciativa del centro Nacional de Nanotecnología en Energía (CNNe)

2010: Acuerdo de formación doctoral en Nanotecnología

2005: Creación del consejo de Nanociencias y Nanotecnología

2004: Nanotecnología como ñarea estratégica del país.

PRODUCTIVAL Í N E A

Figura 1: Hitos en la evolución de la Nanotecnología en Colombia.

5ta entrega 2018

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En conversación con la ingeniera Melisa Arango, coordinadora del Centro Nacional de Nanotecnología, Ruta N [1], fue posible datar los inicios de la nanotecnología en Colombia hacia la década del 2000, iniciando de manera aislada e individual como respuesta a intereses personales de ciertos investigadores; luego, con una mirada más integral de país, en 2004 Colciencias seleccionó el áreade “Nanotecnología y Materiales Avanzados” como una de sus ocho áreas estratégicas para el desarrollo de la productividad y competitividad colombiana. En 2005, se creó elConsejo Nacional de NanoCiencia y NanoTecnología, impulsado por la Sección Colombia del Instituto de Ingenieros Electricistas y Electrónicos (IEEE). A continuación, se instaló una red de investigación y desarrollo de nano-tecno-ciencias en centroseducativos como la Universidad Javeriana , Universidad de San Buenaventura, Universidad del Bosque, Universidad Distrital y Universidad Santo Tomás. En 2010 Colciencias, el Ministerio de Educación y la Universi-dad de Purdue (USA) realizaron acuer-dos para la formación doctoral en Nanotecnología, y en 2011 se socializó la iniciativa de un primer Centro Nacional de Nanotecnología en Energía (CNNe).

Así pues, aunque los desarrollos locales basados en nanotecnología aún no se hacen tangibles, se ha podido observar que, temprana-mente desde el sector educativo y de investigación, la nanotecnología ha sido protagonista; invirtiéndose recursos importantes en esta área y permitiendo que actualmente la nanotecnología sea una alternativa para los procesos de innovación y desarrollo de la industria local e internacional.

2012 fue el año de la evolución hacia una “Iniciativa Regionalde Nanotec-nología (IRI nano)”, además de que en este mismo año el Consejo Nacional de Política Económica y Social (CONPES) expresó la necesidad de crear 5 centros de desarrollo tecnológico y uno de ellos en nanotecnología. En 2013, se creó el programa de ingeniería en Nanotec-nología a través de la Resolución N° 421 del 23 de enero de 2013, en la Universidad Pontificia Bolivariana. Adicionalmente, encontramos la priorización de foco transversal sobre nanotecnología en el Plan y Acuerdo Estratégico Departa-mental de Antioquia (PAED) de 2016.

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Como último hito importante en la región, este año se inauguró el Centro Nacional de Nanotecnología (CN2), una entidad creada para activar la demanda especializada en el tema nano con estrategias de sensibili-zación y formación; también para cen-tralizar las capacidades existentes en la región.

Desde el complejo Ruta N y a través de la Iniciativa Regional de Innovación (IRI), se creó una cátedra itinerante para realizar intercambio de cono-cimiento y mostrar a los ciudadanos el potencial de la Nanotecnología [2].

Con el apoyo de Colciencias se han desarrollado entidades como el Centro de Excelencia de Nanomateria-les (CENM) que integra alrededor de 20 grupos de investigación multidisci-plinaria y 10 universidades del país, los cuales trabajan en temas de recu-brimientos, dispositivos de estado sólido, materiales compuestos, nano-magnetismo, entre otros [3].

Hatch-Indisa S.A.S. y el grupo QUIREMA de la UdeA, trabajan en tecnologías basadas en métodos escalables para la producción de nanomateriales. Por ejemplo, desarrollaron un prototipo para la producción de micro y nanopartícu-las, del tipo óxido, mediante la técnica de síntesis en llama (FSP, Flame Spray Pyrolisis) con capacidad de producción industrial. En la Figura 2 se observa el esquema del reactor FSP y de la síntesis en llama [4].

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2. AVANCES LOCALES EN LA PRODUCCIÓN DE NANOPARTÍCULAS

Figura 2: Reactor FSP para la producción de nanopartículas

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· Cambio en la conductividad térmica· Disminución del punto de fusión· Confinamiento cuántico

· Cambio en la conductividad eléctrica· Fluorescencia· Confinamiento cuántico· Magnetización de las Nanopartículas

· Cambio en índices de refracción· Diferentes interacciones con luz, calor o sonido

· Mayor área superficial· Respuesta diferente a la radiación electromagnética

3. POTENCIAL APLICACIÓN DE LAS NANOPARTÍCULAS EN LA INDUSTRIA LOCAL

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Esta alianza también trabaja en un proyecto para la producción en continuo de nano-tubos de carbono (NTC) por deposición química en fase gaseosa; y ambos proyectos tienen en común el objetivo de dar valor agregado a recursos minerales y naturales del país, usándolos como precursores para la producción de nanopartículas.

Las nanopartículas son especialmente interesantes por contar con unas propie-dades que no se presentan en materiales de mayores tamaños, propiedades relacio-nadas con la conductividad, reactividad, resistencia mecánica, entre otros, como se muestra en la Figura 3. [5]–[7].

Propiedadesde las

Nanopartículas

Térmicasy mecánicas

Reactivas

Electro-magnéticas

Ópticas

Figura 3: Propiedades de algunas Nanopartículas.

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Figura 4: Nanotecnología en la industria textil.

Aunque existen diversas metodologías para la obtención de nanopartículas (sol-gel, hidrotérmico, cerámico, com-bustión, llama, deposición química, ablación láser, descarga de arco, entre otras) sigue siendo un desafío aplicarlas en escala industrial y con bajos costos [4].

Los nanomateriales poco a poco han sido integrados en diversos procesos y productos, como podemos ver acontinuación.

En la industria textil (Figura 4), los nano-materiales se pueden incorporar en las telas para inducir repelencia, elimi-nación de estática, evitar arrugas, y en general desarrollar tejidos que repelen las manchas, no se ensucian y son autolimpiables. Además, los “tejidos inteligentes” incluirían nanochips elec-trónicos que permitan el control del color de las telas o el color de la tem-peratura, y pueden ayudar a fabricar atuendos sensibles a estímulos externos a través de señales eléctricas, de color o fisiológicas.

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Los principales productos que se están desarrollando en el ámbito de la biología y la nanomedicina están relacionados, por ejemplo, con el tratamiento del cáncer, usando nanobots programados para reconocer y destruir células tumo-rales como se observa en la Figura 5. Los nanobots también pueden ser pro-gramados para la reparación de tejidos como el óseo después de una fractura. Otras aplicaciones de la nanomedicina incluyen el transporte de medicamentos en el organismo a través del desarrollo de nano-transportadores de fármacos a lugares específicos del cuerpo; el desarrollo de biosensores y equipos para imagenología y diagnóstico de enfermedades o sustancias de interés como el nivel de glucosa, y la creación de nanomateriales biocompatibles y prótesis. [8].

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Figura 5: Nanobots en el tratamiento del cáncer.

Figura 6: Nanotecnología en un transistor.

El desarrollo de nuevos materiales tiene amplios puntos de vista, ya que los nano-materiales tienen características eléctri-cas y mecánicas impresionantes. Por ejemplo, entre aplicaciones ya existentes basadas en nanomateriales están los vidrios auto-limpiables, gracias a las propiedades hidrofóbicas de los nano-materiales que se le adicionan. Además, esta propiedad tiene amplia aplicación en la manufactura de implementos deportivos, por ejemplo.

En cuanto a electrónica, los desarrollos actuales en nanotecnología correspon-den con la creación de dispositivos NEMS (nanoelectromechanical systems), computación cuántica, sen-sores y desarrollo de baterías.

Esto permitirá aumentar drásticamente la velocidad de procesamiento en computadoras, la creación de semi-conductores, nanocables cuánticos, circuitos basados en grafeno o nano-tubos de carbono, etc. Las aplica-ciones de la nanotecnología en dispositivos de comunicación e informática, comprenden el desarrollo de sistemas más pequeños, pero con mayor capacidad de almacenamiento de datos y dispositivos de visualización flexibles (Figura 6). [9].

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Figura 7. Aplicaciones de la Nanotecnología.

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La Figura 7 muestra de manera esquemática las amplias posibilidades que tienen los nanomateriales en las diferentes áreas del conocimiento y de la industria.

Fuente: http://callisto.ggsrv.com/imgsrv/FastFetch/ BER1/ZI-3GIJ-2013-JUL00-IDSI-4-1

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CONCLUYENDO

Aunque cada vez son más claras y amplias las posibilidades de los nanomateriales en la industria local e internacional, aún se requieren estrategias tanto para la producción de nanopartículas a escala industrial, como para la consideración e incorporación de estos materiales en las muchas aplicaciones mencionadas y en los recientes avances tecnológicos desarrollados por la humanidad.

Para lo anterior, es fundamental tener claro los primeros pasos de la nanotecnología y cómo ha sido su incursión en la sociedad hasta convertirse en un área fundamental de estudio, desde los puntos de vista académico, económico, industrial e incluso político; ya que el desarrollo de la nanotecnología, especialmente en el país, está muy ligado al apoyo de instituciones oficiales que promuevan y financien la investigación básica, pero que también ayuden a construir lazos con la industria para comprender todos los secto-res que participan en el desarrollo de un producto tecnológico.

También es importante anotar que, además del talento humano, Colombia cuenta con las materias primas (riqueza en minerales y otros materiales) y los procesos que requerirían el uso de la nanotecnología para impulsar el desarrollo; por lo cual, la investi-gación y la incursión en el campo de la nanotecnología constituye una oportunidad de evolucionar y revolucionar el mercado y los procesos tecnológicos.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

M. Arango, “Nanotecnología en Colombia,” 2018.

Ruta N, “EN RUTA N SE GENERAN ESPACIOS PARA HABLAR DE NANOTEC-NOLOGÍA,” 2015.

A. Camacho, C. Duque, J. Giraldo, and M. Guerrero, “La divulgación en Colombia de la nanociencia y la nanotecnología en tiempos de cambio,” Mundo Nano, vol. 4, no. 2, 2011.

J. Gallego, E. Posada, and D. Mojica, “HACIA LA PRODUCCIÓN SUSTENTABLE DE NANOMATERIALES DE ALTO VALOR AGREGADO,” Indisa Online, vol. 147, 2016.

D. Guo, G. Xie, and J. Luo, “Mechanical properties of nanoparticles: basics and appli-cations,” 2014.

R. . (Shriran institute for industrial research) Khandal, “Nanomaterials for advanced applications.” [Online]. Available: https://www.slideshare.net/RakeshKhandal/na-no-kolkata. [Accessed: 20-May-2018].

R. J. B. Balaguru, “Melting points , mechanical properties of nanoparticles and Hall Petch relationship for nanostructured materials School of Electrical & Electronics Engineering,” pp. 1–18.

“Nanotecnología en Colombia , retos y oportunidades.”

nanotecnología.cl, “Aplicaciones de la Nanotecnología.” 2018.

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ANDRÉS FELIPE MUÑOZ PATIÑO. Ingeniero Químico, Universidad Nacional Medellín, Colombia. Especialista en gerencia integral, Politécnico Jaime Isaza Cadavid. Estudiante Maestría en Ingeniería Química, Universidad de Antioquia.Ingeniero de proyectos HATCH-INDISA S.A. andres.munoz@hatchindisa.com

ORNEL JOSÉ PADILLA ESTRADA. Químico, Universidad de Antioquia Medellín, Colombia. Estudiante Maestría en Ingeniería Química, Universidad de Antioquia.Ingeniero de proyectos HATCH-INDISA S.A. ornel.padilla@udea.edu

JAIME ANDRÉS GALLEGO MARÍN. Químico, Universidad de Antioquia Medellín, Colombia. Doctor en ciencias Químicas, Universidad de Antioquia Medellín, Colombia. Doctor en química aplicada, Universite de Poitiers Poitiers, Francia.Docente Universidad de Antioquia.andres.gallego@udea.edu.co

RESEÑA DE LOS AUTORES

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