Semana 2 Nano

NANOTECNOLOGIAY APLICACIONES

Programa deFormacin SENA

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 2

CONCEPTOS DE NANOESCALA, NANOCOMPUESTOS Y NANOESTRUCTURAS

NANOTECNOLOGA Y APLICACIONES 2

SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE 2013

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 2Conceptos de nanoescala, nanocompuestos y nanoestructuras

Presentacin 3Conceptos de nanoescala 6Nanocompuestos y nanoestructuras 20Consideraciones nales 23Referencias 24Crditos 25

TABLA DE CONTENIDOResultado de Aprendizaje: Evaluar las propiedades sicoqumicas de los materiales de acuerdo con caractersticas de la materia a nanoescala.

Conocimientos de Concepto: Conceptos de escalas y dimensiones, Nanocompuestos y nanoestructuras.

Conocimiento de Proceso:Realizar comparativos mtricos en procesos de caracterizacin e identicacin de propiedades sicoqumicas a nanoescala.

Criterios de Evaluacin: Distingue propiedades sicoqumicas de los materiales de acuerdo con caractersticas propias de materiales nanoestructurados y o compuestos a nanoescala.



PRESENTACIN Bienvenido a la segunda Actividad de Aprendizaje del curso Nanotecnologa y Aplicaciones! Durante esta segunda Actividad aprender sobre las unidades de medida a nanoescala; podr comparar diferentes magnitudes; diferenciar entre nanocompuestos y nanoestructuras con ejemplos y aplicaciones en diferentes campos. Le invitamos a que participe de manera activa para que logre un buen entendimiento del tema; as mismo, conocer que la nanotecnologa hace parte de la vida cotidiana.


CONCEPTOS DE NANOESCALA

La nanotecnologa se enfoca en el estudio de nuevas tecnologas que caractericen la materia cuyas dimensiones varen entre 1-100nm, siendo un nanmetro la unidad de medida equivalente a 10-9m, o la mil millonsima parte de un metro.

La nanoescala se sita entre la escala microscpica y la escala atmica. Su denicin radica en el prejo nano, que viene de la palabra latina nanus, cuyo signicado es enano. Hoy se utiliza en el sistema mtrico para representar una milmillonsima. As como mili representa una milsima y centi representa una centsima, nano se utiliza para representar la milmillonsima parte de un metro. Al igual que cualquier otro prejo del sistema mtrico, el prejo nano puede aplicarse a cualquier unidad de medida como por ejemplo: nanosegundos, nanolitros, nanogramos, entre otros.

Nano dato: En un nanmetro caben 10 tomos de hidrgeno alineados. Cmo es el comportamiento de la materia a nanoescala?

10mm

1.000 nanometros1 micrometro(m)

1.000.000 nanometros1 milimetro

0.1mm100m

100nm0.1m

10nm0.01m 0.01nm

1nanometro

microonda micromundo Visible Nanomundo

Ultravioleta Rayos-XInfrarojo

10-2m 10-4m 10-6m 10-9m 10-10m







0,000 001m




0,000 000 001m



Las principales fuerzas en el universo son: gravedad, electromagnetismo, fuerza nuclear dbil y fuerza nuclear fuerte.

La fuerza gravitatoria es poco importante a esta escala ya que la masa es innitesimal.

La relacin supercie-volumen es mayor a nanoescala.As como existen fuerzas, la friccin y la accin capilar tambin estn presentes a nanoescala, sin embargo debido a las propiedades de las nanopartculas, estas son explicadas a travs de la mecnica cuntica.

La fuerza elctrica es la que tiene ms inuencia a nanoescala.

NANOESCALA




UNIDADES DE MEDIDA

Conversin de unidades de medida: Para convertir un nmero de unidad de medida a otra, se multiplica dicho nmero por un factor de conversin, pero qu es un factor de conversin? Es la relacin de dos medidas iguales expresadas en unidades diferentes.

Ejemplo: 100 cm equivalen a 1 metro. Por lo tanto, se debe multiplicar por el factor de conversin (100cm/1m) para cambiar una medida de metros a centmetros.

Si quiere convertir 100m en centmetros y la respuesta la va a dar en centmetros, entonces deber multiplicar 100 por el factor de conversin correspondiente a 100cm/1m para obtener la respuesta en centmetros as:




MATERIALES NANOESTRUCTURADOS

El trmino nanomateriales engloba todos aquellos materiales desarrollados con al menos una dimensin entre 1-100nm (escala nanomtrica). Cuando esta longitud es, adems, del orden o menor que alguna longitud fsica crtica, tal como la longitud de Fermi del electrn o la longitud de un monodominio magntico, aparecen propiedades nuevas que permiten el desarrollo de materiales y dispositivos con funcionalidades y caractersticas completamente nuevas.En esta rea, por lo tanto, se incluyen agregados atmicos (clusters) y partculas de hasta 100 nm de dimetro, bras con dimetros inferiores a 100 nm, lminas delgadas de espesor inferior a 100 nm, nanoporos y materiales compuestos conteniendo alguno de estos elementos. La composicin del material puede ser cualquiera, si bien las ms importantes son silicatos, carburos, nitruros, xidos, boruros, seleniuros, teluros, sulfuros, haluros, aleaciones metlicas, intermetlicos, metales, polmeros orgnicos y materiales compuestos.

En las ltimas dcadas el enfoque de la nanotecnologa est dado hacia la bsqueda de nuevos materiales con nuevas funciones, nuevas caractersticas, con excelentes propiedades mecnicas y de bajo peso. Tambin se busca optimizar sus propiedades para fabricar dispositivos y materiales que puedan superar limitaciones actuales, ya sea variando su estructura molecular o su composicin qumica.

Para consultar la fuente original y otros trminos de nanotecnologa visita este diccionario en: http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/diccionario/nanomateriales.htm

Pueden cambiar las propiedades elctricas,

magnticas y pticas

Puede aumentar la reactividad

Propiedades de los materiales

Figura 1

NANOESCALA

QUMICAS

FSICAS

Se pueden

producir materiales en diferentes dimensiones como por

ejemplo: a una dimensin, los recubrimientos en capa na, en dos dimensiones, nanocables y

nanotubos y en tres dimensiones, nanopartculas.


Nanoescala en una

dimensin.

Nanoescala en dos

dimensiones.

Nanoescala en tres

dimensiones.






Los nanomateriales unidimensionales como las pelculas delgadas y las supercies articiales han sido usadas por dcadas en manufactura de dispositivos electrnicos en ingeniera y qumica.

NANOESCALA EN UNA DIMENSIN.




Los nanomateriales bidimensionales como los cables y tubos, han generado gran inters debido a sus novedosas propiedades elctricas, fsicas, mecnicas y qumicas.

NANOESCALA EN DOS DIMENSIONES.




Dentro del grupo de nanomateriales tridimensionales se encuentran las nanopartculas, que se caracterizan por sus propiedades de reactividad qumica y su comportamiento ptico, estas propiedades son diferentes a macroescala. Por ejemplo: el dixido de titanio y el xido de zinc son transparentes a nanoescala, conservando sus propiedades de absorcin y reexin de la luz ultravioleta, de ah su uso como pantallas solares.

NANOESCALA EN TRES DIMENSIONES.





Recuerde que la nanotecnologa y la nanociencia integran conocimientos en diferentes disciplinas, brindando un amplo abanico de aplicaciones, destacndose el papel que tiene la biologa, la fsica y la qumica en la bsqueda de nuevos materiales nanoestructurados. Analice el siguiente cuadro:

Metales, plsticos, cermicas, semiconductores, superconductores, telas, vidrios, entre otros. Nanopartculas con aplicaciones en cosmtica, textiles y pinturas, recubrimientos, arcillas, aditivos para combustible.

Propiedades y ciencia de los materiales. Fsica cuntica la cual se encarga de explicar los fenmenos que ocurren a nanoescala, baterias, pantallas.

Nanobiochips, materiales basados en la biomimtica Nanocompuestos, sistemas de entrega de medicinas, polipptidos, bioremediacin, protesis ortopdicas, implantes dentales, ingeniera de tejidos y terapia gnica.

Qumica

Fsica

Biologa




NANOCOMPUESTOS YNANOESTRUCTURAS

Nanocompuestos Los nanocompuestos son materiales formados por dos o ms fases, donde al menos una de estas tiene sus dimensiones en escala nanomtrica. Dentro de este grupo se encuentran compuestos de metales, polmeros y materia biolgica que permiten comportamiento multifuncional, aplicados donde pureza y conductividad elctrica importan, como microelectrnica, llantas de automviles, equipos deportivos como raquetas y pelotas de tenis, ropa, textiles, antispticos entre otros.

Para entender mejor como se forma un material compuesto, es importante conocer la clasicacin bsica de los materiales de uso comn en ingeniera (Ver tabla 1).

Tabla 1. Clasicacin bsica de los materiales ms usados en ingeniera

Acero en los automviles y cobre en las tuberas.

Slice en el vidrio comercial.Arcillas en la fabricacin de vitropisos y sanitarios.Concreto.

Polietileno: empaques y bolsas.Poliestireno: en aislamiento acstico.Polister en prendas de vestir.

Metlicos

Cermicos

Polmeros

Se han diseado materiales compuestos formados por ms de un tipo de material. La bra de vidrio, que es vidrio en forma lamentosa embebido dentro de un material polimrico, es un ejemplo familiar. Los materiales compuestos estn diseados para alcanzar la mejor combinacin de las caractersticas de cada componente. La bra de vidrio es mecnicamente resistente debido al vidrio, y exible debido al polmero. La mayora de los materiales desarrollados ltimamente son materiales compuestos.

Los semiconductores tienen propiedades elctricas intermedias entre los conductores y los aislantes elctricos. Las caractersticas elctricas de los semiconductores son extremadamente sensibles a la presencia de diminutas concentraciones de atamos de impurezas. Estas concentraciones se deben controlar en regiones espaciales muy pequeas. Los semiconductores posibilitan la fabricacin de los circuitos integrados que han revolucionado en las ultimas dcadas, las industrias electrnicas y de ordenadores.

Materialescompuestos

SemiconductoresClasicacin del material de acuerdo a la naturaleza del material que se encuentra en mayor proporcin.




Si desea profundizar ms sobre nanocompuestos visite el siguiente enlace:http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/leip/vega_m_d/indice.html

Compuestos con matriz de polmero: CMP En estos predomina el polmero. Ejemplo: Nylon 6

Compuestos con matriz de cermica: CMC En estos predomina la cermica.

Compuestos con matriz metlica: CMM Predomina un metal o aleacin.




Si desea profundizar ms sobre los temas anteriores y otros relacionados a la nanotecnologa, puedes visitar el siguiente blog: http://blogs.creamoselfuturo.com/nano-tecnologia/

Nanoestructuras

Cualquier dispositivo, material o partcula, cuyas dimensiones se encuentre entre 1-100nm. Algunos ejemplos de nanoestructuras son: las conchas de los moluscos del gnero Haliotis que estn compuestas de varias capas de carbonato de calcio y protena; los lamentos de la queratina que se encuentran en las vellosidades de las patas de los gecos; las cerdas que presentan los mejillones, y las telaraas.




CONSIDERACIONES FINALES

Querido aprendiz, ha terminado la segunda Actividad de Aprendizaje y vio trminos como: nanocompuestos, nanomateriales y nanopartculas, y la conversin de medidas.

Para reexionar sobre la conversin de medidas, tome su cuaderno de notas y responda Cunto mide el espesor de una moneda de 1,8mm en nanmetros? Y Cunto mide la longitud de una bicicleta de 1,6mm en nanmetros?

No es necesario enviar las respuestas a su tutor.

Recuerde realizar las actividades propuestas, mida sus conocimientos en la evaluacin y visite los enlaces de inters, le esperamos la prxima semana!




Nanotecnologa. En Blogs de Ciencia y Tecnologa de Fundacin Telefnica. Recuperado de http://blogs.creamoselfuturo.com/nano-tecnologia/

Nanomateriales / Nanomaterials. En Glosario de Nanotecnologa y Nanociencia. Recuperado de http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/diccionario/nanomateriales.htm

Posada-Swaord, . (27 de abril de 2009). El poder de lo diminuto. En Muy interesante. Recuperado de http://www.muyinteresante.es/tecnologia/articulo/el-poder-de-lo-diminuto

Sanz, E. (22 de septiembre de 2011). Un nuevo material que no se puede mojar. En Muy interesante. Recuperado de http://www.muyinteresante.es/ciencia/articulo/un-nuevo-material-que-no-se-puede-mojar

REFERENCIAS



Lder de Proyecto: Jairo Antonio Castro Casas

Expertos temticos: Andrea Reyes Meneses

Asesor Pedaggico: Mnica Patricia Osorio Martnez

Guionistas: Beatriz Helena Duque Ospina scar Daro Cardozo Garzn scar Ivn Pineda Cespedes

Lder de Proyecto: Jairo Antonio Castro Casas

Expertos temticos: Andrea Reyes Meneses

Asesor Pedaggico: Mnica Patricia Osorio Martnez

Guionistas: Beatriz Helena Duque Ospina scar Daro Cardozo Garzn scar Ivn Pineda Cespedes

Programadores: Diego Rodrguez Ortegn Jos Felix Arizala Segura Mayra Durango

Equipo de Diseo: Gabriel David Surez Vargas Guillermo Armando Aponte Celis Jhonny Ronald Narvez Olarte Julin Mauricio Milln Bonilla Leonardo Stiglich Campos

Programadores: Diego Rodrguez Ortegn Jos Felix Arizala Segura Mayra Durango

Equipo de Diseo: Gabriel David Surez Vargas Guillermo Armando Aponte Celis Jhonny Ronald Narvez Olarte Julin Mauricio Milln Bonilla Leonardo Stiglich Campos


CRDITOS

Documents

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