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INSTITUTOTECNOLÓGICO DE
TIJUANAIngeniería en Nanotecnología
Ciencia e Ingeniería de Materiales
“Aplicaciones industriales de materialescerámicos a nanoescala”
Alumna: Huerta Guerra Verónica Jazmín. No. De control: 10211073.
Tijuana, B. C. a lunes 09 de mayo del 2010
ÍNDICE
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I. La nanotecnología y su aplicación en la industria
II. Industria de biotecnología
a) Detección de bacterias mediante nanopartículas bioconjugadas
b) Membranas nanoporosas de alúmina (I + D)
III. Industria aeroespacial
a) Recubrimiento para componentes sometidos a altas
temperaturas de operación
b) Materiales cerámicos cristalinos transparentes
IV. Industria cosmética
a) Cremas solares
b) Lentes de contacto de colores
V. El papel que desempeña la nanotecnología
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LA NANOTECNOLOGÍA Y SU APLICACIÓN EN LA
INDUSTRIA
La nanotecnología abarca una gran cantidad de disciplinas que en conjunto,
facilitan el estudio de materiales, partículas y estructuras, los cuales presentan
elementos que se encuentran por debajo de los 100 nm de dimensión espacial.
Estos “nanomateriales”, frecuentemente muestran propiedades diferentes a los
materiales tradicionales, sin importar que contengan una composición química
similar.
A pesar de que la nanotecnología se encuentra en sus inicios actualmente, ya es
posible asegurar que se convertirá en una revolución industrial en este siglo, así
como ocurrió con la biotecnología y la electrónica durante el siglo XX.
Gracias a estos avances, se predice que la nanoelectrónica, abrirá un sinfín de
posibilidades con respecto a ordenadores, teléfonos, automóviles,
electrodomésticos, entre otros.
En tanto a la nanobiotecnología, innovara de forma inimaginable el campo de la
medicina principalmente, ya que actualmente, novedosos sistemas de
administración de medicinas se encuentran en desarrollo al igual que se ha
logrado insertar partículas en el interior de células cancerígenas para que
puedan ser tratadas.
Por otra parte, el área de producción y almacenamiento de energía se vera
beneficiado al desarrollarse, nuevas pilas de combustible o sólidos ligeros con
estructura manométrica que podrán almacenar de forma exitosa el hidrogeno.
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Hoy en día, existen numerosos productos en el mercado, los cuales se han
desarrollado a base de la nanotecnología. Por lo cual, es evidente que las
empresas deben mantenerse a la vanguardia en cuestión del uso de la
tecnología, entre otras cuestiones. Dicho motivo de constante innovación, ha
propiciado que las distintas industrias existentes como la médica, espacial, textil,cosmética, entre otras, se vean obligadas a comercializar productos con este
tipo de tecnología.
A continuación se presentan algunos ejemplos de materiales cerámicos
nanoestructurados, que se encuentran en desarrollo y aplicación en distintas
industrias.
INDUSTRIA DE BIOTECNOLOGÍA
• Detección de bacterias mediante nanoparticulas bioconjugadas
Ante los métodos habituales que unen una molécula
fluorescente a un anticuerpo, el nuevo procedimiento
fundamentado en nanotecnología, concede la
incorporación de un anticuerpo con numerosas
moléculas que hacen posible la creación de una señal
bastante fuerte, permitiendo así conseguir la imagen.
La base de esta tecnología, radica en la unión de materiales bioconjugados
formados por nanopartículas y anticuerpos de millares de moléculas
fluorescentes, que al permanecer anexas a las bacterias, se obtiene una imagen
muy clara, que es posible observar a pesar de ser solo una bacteria.
La sílice, es un gel constituido de partículas fluorescentes envueltas en una
corteza ligera, que se usa para la creación de las nanopartículas bioconjugadas.
A esto se le agrega ortosilicato tetraetilo e hidróxido de amonio, gracias a lo cual
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se producen nanopartículas de una dimensión de 60 nm, que contienen una
gran cantidad de moléculas. Por ultimo, se forma la combinación entre un
anticuerpo y una nanopartícula, lo cual produce un material bioconjugado que
tiene la habilidad de localizar a numerosas bacterias, en la muestra en la que se
elija examinar. Ya que se encuentra junto a la bacteria, esta es identificablegracias a la potencia de la señal fluorescente manifestada por las
nanopartículas.
• Membranas nanoporosas de alúmina (I + D)
La dimensión y repartición de los poros que se forman en
una capa de alúmina cuando el anodizado de aluminio se
somete a ciertos medios ácidos, puede manipularse conlos estados experimentales de dicho anodizado. Gracias a
esto existe la posibilidad de conseguir diferentes
revestimientos de alúmina nanoporosas con poros organizados y de magnitud
semejante. Después, dichos revestimientos se disocian del aluminio para
adquirir membranas nanoporosas.
Se deberían considerar algunos detalles importantes:
a) Un procedimiento electroquímico previo de la superficie de aluminio.
b) La dimensión y organización de los nanoporos en la alúmina, con
respecto a las circunstancias del anodizado.
c) La disociación de de la capa de alúmina nanoporosas del aluminio no
anodizado.
d) La exclusión de la capa barrera para conseguir la membrana.
INDUSTRIA AEROESPACIAL
•Recubrimiento para componentes sometidos a altas temperaturas
de operación
Actualmente, uno de los desafíos primordiales de la
industria aeroespacial, reside en crear revestimientos
novedosos que concedan extender la vide de
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componentes sometidos a la abrasión y el desgaste, y reducir su impacto en el
medio ambiente.
El empleo de materiales cerámicos nanoestructurados permite disminuir este
dilema logrando, por medio de un solo revestimiento, concentrar una porosidadbaja (cerca del 1%), y consecuentemente, alto rendimiento mecánico, con una
resistencia térmica prominente.
Hoy en día, nuevos materiales cerámicos nanoestructurados se encuentran en
desarrollo, los cuales adaptados en forma de revestimientos sobre elementos de
motores de aviación, hacen posible el aumento de temperatura de ejecución de
estos motores, prolongando al mismo tiempo, su ciclo de vida y adquiriendo una
resistencia al desgaste 3 veces mayor a los revestimientos habituales.
• Materiales cerámicos cristalinos transparentes
En la actualidad existe un alto requerimiento
de materiales modernos, que así como
exhiben muy buenas propiedades mecánicas,
presenten una propiedad utilitaria como la
traslucidez en designado espectro de onda.
Sin embargo, son escasos los materiales que
tengan la posibilidad de conjuntar estas dos
cualidades.
La alúmina muestra una buena resistencia mecaniza, alta dureza y resistencia al
desgaste, pero hasta ahora su uso en la óptica se restringía por la incapacidad
de manipular el incremento de la dimensión de grano y la uniformidad de la
microestructura en el tratamiento de sinterizado.
Sin embargo, estos dilemas han sido examinados por un proyecto Europeo
llamado IP NANOKER, pudiéndose conseguir materiales microestructurados de
alúmina transparentes dentro de los rangos visible e infrarrojo, presentando una
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gran dureza mayor a 20GPa que tienen la posibilidad de ser empleados en
pantallas de dispositivos electrónicos, relojes, blindajes, etc.
INDUSTRIA COSMÉTICA
• Cremas solares
Dado que los productos para protección solar, requieren de protección contra la
luz UV y buen aspecto estético, respondiendo a las exigencias de la industria
cosmética, el descubrimiento de pigmentos fundamentados en nanopolvos
constituyen un progreso interesante que esta siendo aprovechado en lo que
respecta a lo comercial.
En mezclas inorgánicas (TiO2, ZnO), los electrones no se encuentran unidos a
determinados átomos, al contrario, forman parte del conglomerado del cristal,
presentando un vasto abanico de niveles de energía libres, logrando así la
acumulación de distintas radiaciones. No obstante, existe una longitud de onda
particular para cada material sobre de la cual el material no tiene la posibilidad
de recolectar la luz sino que necesita una contribución adicional de energía. En
el TiO2 y el ZnO, dicha longitud de onda admite la absorción de la radiación
proveniente del espectro de luz UV.
Los nanopolvos reflectantes utilizados en la actualidad, proporcionan un
espectro de protección superior contra la luz UV, y asimismo, son más
atrayentes estéticamente hablando.
Hoy en día, existe una gran polémica con respecto a la toxicidad de estos
productos, llegando a impedir su elaboración en ciertos países que aun no
cuentan con información toxicológica fiable suficiente. Esta circunstancia
decidirá el desenvolvimiento comercial de este producto.
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EL PAPEL QUE TOMARÁ LA NANOTECNOLOGÍA
La nanotecnología proporciona resultados o alternativas novedosas las cuales
sin duda mejorarían la productividad de sectores como el de la medicina, la
textil, de energía, metal-mecánica, y otras como las detalladas anteriormente en
el texto.
Aunque actualmente la nanotecnología se encuentre despegando, se consideraun campo que esta obteniendo una gran relevancia y que tiene una gran
influencia en la economía mundial. Por lo cual, la innovación de las industrias se
encuentra al acecho tecnológico de la orbe “nano”.
La información expuesta con anterioridad, intenta destacar la utilización de
materiales cerámicos nanoestructurados, desde la perspectiva de su aplicación
en distintas industrias como las que fueron tratadas (biotecnología, aeroespacial
y cosmética), las cuales son solo algunas de las muchas que existen en la
actualidad, y su importancia en el sector en el que sean empleados.
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