Materials, objectes i Materials, objectes i tecnologiestecnologies

13. Nous reptes, nous 13. Nous reptes, nous materials materials

Què en saps?Què en saps? Per què creus que aquests materials són Per què creus que aquests materials són

notícia? Quines característiques tenen notícia? Quines característiques tenen perquè es consideren nous materials?perquè es consideren nous materials?

Quina és la teua opinió i el teu interés Quina és la teua opinió i el teu interés personal sobre els nous materials?personal sobre els nous materials?

La fibra de carboni, la fibra òptica i els La fibra de carboni, la fibra òptica i els nanotubs de carboni són presents a la nanotubs de carboni són presents a la natura o han estat sintetitzat pels natura o han estat sintetitzat pels humans? Com ho saps? Basahumans? Com ho saps? Basa’’t en el textt en el text

A quins altres materials, naturals o A quins altres materials, naturals o sintètics substitueixen? Quines sintètics substitueixen? Quines millores presenten respecte als que millores presenten respecte als que es feien servir abans?es feien servir abans?

A partir de la definició dels nanotubs A partir de la definició dels nanotubs de carboni i lde carboni i l’’explicació del que fan explicació del que fan amb ells els científics, com definiries amb ells els científics, com definiries la nanotecnologia? Quin impacte pot la nanotecnologia? Quin impacte pot tenir en altres camps, a més de la tenir en altres camps, a més de la biomedicina?biomedicina?

Quines problemàtiques creus que es Quines problemàtiques creus que es poden generar amb aquests i altres poden generar amb aquests i altres nous materials?nous materials?

La ciència dels materialsLa ciència dels materials Anomenem Anomenem ciència dels materialsciència dels materials la la

branca de la ciència i lbranca de la ciència i l’’enginyeria que enginyeria que estudia les estudia les relacions entre lrelacions entre l’’estructuraestructura dels materials i les seuesdels materials i les seues propietats propietats i i també les tècniques de també les tècniques de processamentprocessament i i el seu el seu comportamentcomportament

Els materials sEls materials s’’han relacionat han relacionat històricament amb el històricament amb el desenvolupament desenvolupament econòmic i socialeconòmic i social

La prehistòria la dividim en lLa prehistòria la dividim en l’’edat de edat de courecoure, l, l’’edat del edat del bronzebronze o l o l’’edat del edat del ferroferro, segons el metall o aliatge que s, segons el metall o aliatge que s’’hi hi feia servirfeia servir

La societat actual viu a lLa societat actual viu a l’’era del era del silicisilici, , per la importància de lper la importància de l’’electrònicaelectrònica

El segle XX es considera lEl segle XX es considera l’’era del era del plàsticplàstic Els materials de què disposa una Els materials de què disposa una

societat són el societat són el reflex de la seua forma reflex de la seua forma de viurede viure i del seu i del seu coneixementconeixement i la seua i la seua capacitat cientificotecnològicacapacitat cientificotecnològica

La ciència dels materials és una ciència La ciència dels materials és una ciència interdisciplinàriainterdisciplinària: un material es : un material es caracteritza per les seues caracteritza per les seues propietats propietats físiques i químiquesfísiques i químiques i també per la seua i també per la seua compatibilitat biològicacompatibilitat biològica

És una ciència És una ciència aplicadaaplicada, ja que el seu , ja que el seu objectiu no és només conèixer els objectiu no és només conèixer els materials, sinó processar-los i dissenyar materials, sinó processar-los i dissenyar objectes que ens siguen útils amb un objectes que ens siguen útils amb un cost cost econòmic i mediambiental sostenibleeconòmic i mediambiental sostenible

Propietats Propietats físiquesfísiques: densitat, conductivitat : densitat, conductivitat tèrmica, resistivitat elèctrica, tèrmica, resistivitat elèctrica, permeabilitat magnètica, elasticitat, permeabilitat magnètica, elasticitat, duresa, fragilitat...duresa, fragilitat...

Propietats Propietats químiquesquímiques: reaccions que : reaccions que transformen la naturalesa del transformen la naturalesa del material, oxidació, acidesa o material, oxidació, acidesa o alcalinitat (reacció front al pH), alcalinitat (reacció front al pH), estabilitat química en generalestabilitat química en general

La La compatibilitat biològicacompatibilitat biològica es refereix es refereix a si el material es pot fer servir en a si el material es pot fer servir en organismes o teixits vius sense organismes o teixits vius sense provocar rebuig immunitari o efectes provocar rebuig immunitari o efectes tòxics no desitjatstòxics no desitjats

LL ’’estructura: estructura: nivells atòmic, micro i macronivells atòmic, micro i macro

A A escala atòmicaescala atòmica interessa saber quins interessa saber quins àtomsàtoms o o molèculesmolècules els conformen els conformen

Quin tipus dQuin tipus d’’interaccionsinteraccions hi ha entre hi ha entre ells: enllaços metàl·lics, iònics, ells: enllaços metàl·lics, iònics, covalents, forces de Van der Waals, covalents, forces de Van der Waals, ponts dponts d’’hidrogenhidrogen

Quin tipus dQuin tipus d’’organitzacióorganització contenen: contenen: cristal·lina (ordenada) o amorfa cristal·lina (ordenada) o amorfa (desordenada)(desordenada)

La La microestructuramicroestructura es refereix a si està es refereix a si està format per fibres, tubs, làmines o porus format per fibres, tubs, làmines o porus microscòpicsmicroscòpics

La La macroestructuramacroestructura es refereix a l es refereix a l’’aspecte a aspecte a la nostra escala: les parts visibles dla nostra escala: les parts visibles d’’un un material compost de diversos altresmaterial compost de diversos altres

Cal saber que Cal saber que el comportament del comportament d’’un un material (material (““tottot””) no és igual a la suma dels ) no és igual a la suma dels seus components (seus components (““partsparts””))

Els Els defectesdefectes juguen un paper important. Els juguen un paper important. Els cristalls perfectes són impossibles de cristalls perfectes són impossibles de produir, però les propietats interessants produir, però les propietats interessants provenen dels defectes: provenen dels defectes: elements elements intersticialsintersticials, , vacantsvacants i i substitucionssubstitucions. Molts . Molts materials són amorfs materials són amorfs

Els metalls i els nous materials Els metalls i els nous materials metàl·licsmetàl·lics

Per lPer l’’origen els materials poden ser origen els materials poden ser naturalsnaturals o o artificialsartificials. Segons l. Segons l’’estructura i propietats estructura i propietats hi ha tres grans grups: hi ha tres grans grups: metallsmetalls, , ceràmiquesceràmiques i i polímerspolímers. Hi ha també . Hi ha també materials materials compostoscompostos dels grups anteriors dels grups anteriors

Els Els metallsmetalls són electropositius, cedeixen o són electropositius, cedeixen o comparteixen electrons fàcilment. Tenen comparteixen electrons fàcilment. Tenen estructura en estructura en xarxes cristal·linesxarxes cristal·lines d d’’ions ions positius positius envoltats denvoltats d’’electronselectrons lliureslliures que que poden cedir a elements més poden cedir a elements més electronegatius i formar enllaços electronegatius i formar enllaços iònicsiònics o o compartir entre metalls (enllaços compartir entre metalls (enllaços metàl·licsmetàl·lics))

Propietats: bons Propietats: bons conductorsconductors de la calor i de la calor i ll ’’electricitat, alta electricitat, alta densitatdensitat, sòlids a , sòlids a temperatura ambient (temperatura ambient (punts de fusió altspunts de fusió alts), ), reflecteixen la llum (reflecteixen la llum (brillantorbrillantor metàl·lica), metàl·lica), són són dursdurs, , dúctilsdúctils i i mal·leablesmal·leables. Alguns tenen . Alguns tenen propietatspropietats magnètiquesmagnètiques (Fe, Co, Ni), altres (Fe, Co, Ni), altres (Au, Pt, Ag, Cu, Al) tenen un magnetisme (Au, Pt, Ag, Cu, Al) tenen un magnetisme molt feblemolt feble

Formen Formen aliatgesaliatges entre ells. Un aliatge és una entre ells. Un aliatge és una barreja sòlida de diferents metalls. Sbarreja sòlida de diferents metalls. S’’hi hi modifiquen les propietats: color, resistència modifiquen les propietats: color, resistència mecànica, resistència a la corrosió. El primer mecànica, resistència a la corrosió. El primer de la història va ser el de la història va ser el bronzebronze: coure i : coure i estany, millorà la duresa i resistència del estany, millorà la duresa i resistència del coure i inicià lcoure i inicià l’’era de la metal·lúrgiaera de la metal·lúrgia

Els Els NOUS MATERIALS METÀL·LICSNOUS MATERIALS METÀL·LICS: la : la innovació més interessant en el món innovació més interessant en el món dels metalls és la producció ddels metalls és la producció d’’aliatges aliatges amb memòria de formaamb memòria de forma. Després de ser . Després de ser deformats tenen la capacitat de deformats tenen la capacitat de recordar la forma original, perquè recordar la forma original, perquè les les deformacions són desplaçaments de la deformacions són desplaçaments de la xarxaxarxa cristal·lina original. La nova xarxa cristal·lina original. La nova xarxa és poc simètrica i resulta inestable. En és poc simètrica i resulta inestable. En escalfar-los o deixar-los anar la xarxa escalfar-los o deixar-los anar la xarxa torna a la situació original i el metall torna a la situació original i el metall recupera la forma (Nitinol: níquel i recupera la forma (Nitinol: níquel i titani)titani)

Pròtesi quirúrgicafeta amb NITINOL, quans’implanta s’expandeixa causa de la temperaturadel cos humà

http://www.acceleratingfuture.com/michael/blog/2008/04/ten-futuristic-materials/

Les ceràmiques i els nous Les ceràmiques i els nous materials ceràmics:materials ceràmics:

La La ceràmica tradicionalceràmica tradicional està composta està composta de silicats i sde silicats i s’’han emprat en han emprat en artesaniaartesania (terrissa, porcellana) i (terrissa, porcellana) i materials materials estructuralsestructurals (rajoles, vidre, ciment) (rajoles, vidre, ciment)

Les Les ceràmiques tècniquesceràmiques tècniques o o avançades contenen elements avançades contenen elements metàl·lics i no-metàl·lics formant òxids metàl·lics i no-metàl·lics formant òxids (Al, Zr), carburs, nitrats i borats(Al, Zr), carburs, nitrats i borats

AplicacionsAplicacions: recobriment de : recobriment de transbordadors espacials, components transbordadors espacials, components de motors, ossos i dents artificials, de motors, ossos i dents artificials, electrònica, imants potents, fibres electrònica, imants potents, fibres òptiques, eines de tall, forns o sensorsòptiques, eines de tall, forns o sensors

Totes les ceràmiquesTotes les ceràmiques tenen en comú tenen en comú que que són materials refractaris, són materials refractaris, inorgànics i no metàl·licsinorgànics i no metàl·lics

Solen ser Solen ser cristal·linescristal·lines, excepte els , excepte els vidres que són amorfs, i tenen vidres que són amorfs, i tenen enllaços molt forts iònics o covalentsenllaços molt forts iònics o covalents

Les ceràmiques Les ceràmiques ss’’elaborenelaboren a partir de a partir de pols, naturals o sintetitzades pols, naturals o sintetitzades químicament, químicament, en forns a altíssimes en forns a altíssimes temperaturestemperatures (1500-2400 (1500-2400 °°C)C)

Tenen Tenen baixa conductivitat tèrmica i baixa conductivitat tèrmica i elèctricaelèctrica (n (n’’hi ha de semiconductores hi ha de semiconductores i fins superconductores a i fins superconductores a temperatures molt baixes), tenen una temperatures molt baixes), tenen una duresa altaduresa alta (com el diamant) però (com el diamant) però són són fràgilsfràgils (trencadisses) i poc (trencadisses) i poc plàstiques. Són plàstiques. Són resistents a la resistents a la corrosiócorrosió

Els Els nous materials ceràmicsnous materials ceràmics tenen usos tenen usos molt diversosmolt diversos

Les Les ceràmiques intel·ligentsceràmiques intel·ligents s s’’empren empren en sensors i actuadors, com els en sensors i actuadors, com els vidres vidres electrocròmicselectrocròmics, que canvien de color , que canvien de color amb la calor, o amb la calor, o sensors piezoelèctrics o sensors piezoelèctrics o piroelèctricspiroelèctrics, que detecten canvis de , que detecten canvis de tensió mecànica o temperatura i els tensió mecànica o temperatura i els transformen en tensió elèctricatransformen en tensió elèctrica

Com a reptes de futur hi ha les Com a reptes de futur hi ha les membranes ceràmiques membranes ceràmiques hiperfiltradoreshiperfiltradores a escala molecular i les a escala molecular i les ceràmiques superduresceràmiques superdures per a fer per a fer recobriments, millorant-ne la ductilitatrecobriments, millorant-ne la ductilitat

Els polímersEls polímers Formats per Formats per molècules molt gransmolècules molt grans, ,

generalment dgeneralment d’’origen orgànicorigen orgànic Es repeteix unes Es repeteix unes unitats estructuralsunitats estructurals

anomenades anomenades monòmersmonòmers, unides per , unides per mitjà dmitjà d’’enllaços covalentsenllaços covalents

Sovint associem els polímers amb els Sovint associem els polímers amb els plàsticsplàstics, però també ho són la , però també ho són la cel·lulosacel·lulosa, el , el DNADNA o les o les proteïnesproteïnes

Alguns polímers dAlguns polímers d’’origen origen natural natural són són coneguts des dconeguts des d’’antic: la seda, el antic: la seda, el cautxú, la goma lacacautxú, la goma laca

Els que fem servir actualment són Els que fem servir actualment són sobretot sobretot sintèticssintètics: teixits, envasos, : teixits, envasos, carcasses de joguets o aparells carcasses de joguets o aparells elèctrics, aïllants de cables i elèctrics, aïllants de cables i components elèctricscomponents elèctrics

Propietats: Propietats: resistència mecànicaresistència mecànica (capacitat per suportar tensions abans (capacitat per suportar tensions abans de trencar-se) i de trencar-se) i elasticitatelasticitat (capacitat (capacitat de deformar-se abans de trencar-se)de deformar-se abans de trencar-se)

Les Les propietats concretespropietats concretes d d’’un polímer un polímer depenen del monòmer i del tipus depenen del monòmer i del tipus dd ’’enllaç que senllaç que s’’hi forma: forces de Van hi forma: forces de Van der Waals, ponts dder Waals, ponts d’’hidrogenhidrogen

Combinant resistència i elasticitatCombinant resistència i elasticitat apareixen molts tipus de polímers: apareixen molts tipus de polímers: fibres rígides, plàstics flexibles, fibres rígides, plàstics flexibles, elastòmerselastòmers

Tenen Tenen baixa conductivitat elèctrica i baixa conductivitat elèctrica i tèrmicatèrmica, per contenir enllaços covalents , per contenir enllaços covalents on els electrons estan immobilitzats i on els electrons estan immobilitzats i per la grandària dels monòmers que per la grandària dels monòmers que dificulta la vibraciódificulta la vibració

POLÍMER ABSORBENT D’AIGUA: LES BOLES S’INFLEN

PLÀSTICS SURANT AL “GRAN ABOCADOR DEL PACÍFIC” http://www.youtube.com/watch?v=uLrVCI4N67M

Els biomaterialsEls biomaterials Són els materials Són els materials compatibles amb els compatibles amb els

teixits i organismes viusteixits i organismes vius amb què amb què interactueninteractuen

Molts materials sMolts materials s’’empren en empren en aplicacions mèdiques: metalls com el aplicacions mèdiques: metalls com el titanititani o o ceràmiques biocompatiblesceràmiques biocompatibles per practicar implants ossis que per practicar implants ossis que minimitzen el rebuig del pacient o minimitzen el rebuig del pacient o sistemes de subministrament de sistemes de subministrament de fàrmacs amb regulació temporalfàrmacs amb regulació temporal

Materials per a un món més Materials per a un món més eficient: la fibra de carbonieficient: la fibra de carboni

Material molt conegut per la seua Material molt conegut per la seua resistència i lleugeresaresistència i lleugeresa extraordinàries, extraordinàries, cosa que permet reduir el consum de cosa que permet reduir el consum de combustible als mitjans de transportcombustible als mitjans de transport

Els Els elevats costos de fabricacióelevats costos de fabricació han fet han fet que fins ara tinga un ús elitistaque fins ara tinga un ús elitista

Es tracta dEs tracta d’’un un material compostmaterial compost, , fabricat a partir dfabricat a partir d’’una una matriu de matriu de polímerpolímer (resina epoxi) reforçada (resina epoxi) reforçada amb amb fibres de carbonifibres de carboni

Cada fibra està feta de Cada fibra està feta de milers de filaments milers de filaments de carbonide carboni d d’’entre 5 i 8 entre 5 i 8 μμm de diàmetrem de diàmetre

Com és un Com és un material compostmaterial compost s s’’hi combinen hi combinen característiques de la característiques de la matriumatriu (resina (resina enganxosa, dura i elàstica) amb les enganxosa, dura i elàstica) amb les fibres fibres (molt resistents) per formar un (molt resistents) per formar un ““teixitteixit”” dd ’’alta resistència, lleugeresa i elasticitatalta resistència, lleugeresa i elasticitat

És un material òptim per a És un material òptim per a carcassescarcasses que que es poden dissenyar a midaes poden dissenyar a mida

És un bon És un bon aïllant tèrmicaïllant tèrmic i té i té propietats propietats ignífuguesignífugues

LL ’’únic inconvenient és el seu únic inconvenient és el seu alt cost de alt cost de fabricació fabricació

http://www.renovat.org/energia-medi-ambient/materials/la-fibra-de-carboni

RESINA EPOXI PERA INFUSIÓ AL BUIT

CABINA DEL BOEING 787

INTERIOR DEL BOEING 787 DREAMLINER

Materials per a un món més Materials per a un món més global: la fibra òptica i els LEDglobal: la fibra òptica i els LED

Sense la Sense la fibra òpticafibra òptica i els i els diodes diodes semiconductors emissors de llumsemiconductors emissors de llum (LED), (LED), no hauria estat possible Internetno hauria estat possible Internet

Les Les grans distànciesgrans distàncies, on la informació , on la informació ha de fer un camí llarg, demanen ha de fer un camí llarg, demanen materials en els quals materials en els quals els senyals els senyals ss’’atenuen pocatenuen poc

La fibra òptica és necessària per a La fibra òptica és necessària per a transmetre transmetre grans volums dgrans volums d’’informacióinformació (la banda ampla)(la banda ampla)

Les fibres òptiquesLes fibres òptiques Es fabriquen a partir de Es fabriquen a partir de vidrevidre (m. ceràmic) (m. ceràmic)

o bé de o bé de plàsticplàstic (polímer) (polímer) SS’’obtenen en fer obtenen en fer fluir el vidre fos a molt fluir el vidre fos a molt

alta temperatura per una malla de forats alta temperatura per una malla de forats molt primsmolt prims per formar filaments que, una per formar filaments que, una vegada solidificats, mantenen suficient vegada solidificats, mantenen suficient elasticitatelasticitat per a ser utilitzats com a fibres per a ser utilitzats com a fibres

Tenen les propietats conegudes del vidre: Tenen les propietats conegudes del vidre: bon aïllant elèctric i tèrmic, suport dbon aïllant elèctric i tèrmic, suport d’’altes altes temperatures i transparènciatemperatures i transparència

SS’’hi uneix el hi uneix el baix costbaix cost i l i l’’abundància de abundància de matèries primeresmatèries primeres

Les fibres òptiques condueixen la Les fibres òptiques condueixen la llum llum sense quasi atenuaciósense quasi atenuació i en i en trajectòries corbestrajectòries corbes

SS’’hi fa servir el fenomen de la hi fa servir el fenomen de la reflexió totalreflexió total a l a l’’interiorinterior

Com les fibres poden fer-se molt primes, Com les fibres poden fer-se molt primes, els cables de fibra òptica els cables de fibra òptica transmeten transmeten molta més informaciómolta més informació que els cables de que els cables de coure tradicionalscoure tradicionals

A més, són A més, són lleugeres, flexibles, barates i lleugeres, flexibles, barates i no sno s’’oxidenoxiden

Les fibres òptiques no sLes fibres òptiques no s’’empren només empren només per a la transmissió dper a la transmissió d’’informació digital, informació digital, ll ’’aplicació més senzilla és aplicació més senzilla és transmetre transmetre llum a indrets de difícil accésllum a indrets de difícil accés, com ara , com ara ll ’’interior del cos humà: endoscòpies, interior del cos humà: endoscòpies, operacions amb làseroperacions amb làser

També sTambé s’’usen com a usen com a sensorssensors de tot de tot tipustipus

CÀMERA AMB FIBRAÒPTICA PER A PRACTICARENDOSCÒPIES

Díodes làser i LEDDíodes làser i LED LL ’’ús de les fibres òptiques ha anat ús de les fibres òptiques ha anat

acompanyat del desenvolupament de acompanyat del desenvolupament de noves noves formes menys costoses de produir formes menys costoses de produir llumllum, com ara els , com ara els díodes làserdíodes làser (dels (dels punters) i els punters) i els LEDLED (light-emitting diode) (light-emitting diode)

Es tracta de Es tracta de dispositius ceràmics dispositius ceràmics semiconductorssemiconductors (amb propietats (amb propietats dd ’’aïllants i de conductors) que emeten aïllants i de conductors) que emeten llum quan sellum quan se’’ls connecta a un corrent ls connecta a un corrent elèctric en una direcció i no deixen elèctric en una direcció i no deixen passar el corrent quan es connecten en passar el corrent quan es connecten en la direcció contràriala direcció contrària

Tenen lTenen l’’avantatge que són avantatge que són petitspetits, de , de baix consumbaix consum (50 % menys que les (50 % menys que les fonts tradicionals), altament fonts tradicionals), altament reemplaçablesreemplaçables, , baratsbarats i i duradorsduradors

Comencem a disposar de LED de Comencem a disposar de LED de diferents colors i també de diferents colors i també de llum llum blancablanca que ajudaran a reduir el que ajudaran a reduir el consum energètic quan reemplacen consum energètic quan reemplacen els actuals dispositiusels actuals dispositius

DIVERSOS DISPOSITIUSAMB LED I DÍODES LÀSER

La nanotecnologiaLa nanotecnologia Els nous materials que hem vist fins Els nous materials que hem vist fins

ara sara s’’obtenen modificant la composició obtenen modificant la composició interna, la microestructura o la interna, la microestructura o la macroestructura, però sempre a macroestructura, però sempre a escala escala macroscòpicamacroscòpica

La gran revolució ha vingut de la La gran revolució ha vingut de la possibilitat de possibilitat de fer un canvi dfer un canvi d’’escalaescala

Consisteix en tractar els materials a Consisteix en tractar els materials a escala entre lescala entre l’’atòmica i la molecularatòmica i la molecular

La La nanotecnologiananotecnologia és part de la ciència és part de la ciència dels materials a aquesta nova escaladels materials a aquesta nova escala

Es preveu que la nanotecnologia tindrà Es preveu que la nanotecnologia tindrà un un impacte a les nostres videsimpacte a les nostres vides comparable al que tingué el seu dia comparable al que tingué el seu dia ll ’’electricitat o els mitjans de transport electricitat o els mitjans de transport modernsmoderns

Pensem en què pot representar per a la Pensem en què pot representar per a la medicina medicina notícies com les que llegíemnotícies com les que llegíem al al principi del tema sobre la tècnica per principi del tema sobre la tècnica per atacar tumors malignesatacar tumors malignes o la curació de o la curació de la la diabetis 1diabetis 1, encara en fase de proves, encara en fase de proves

Hi ha un gran camí per recórrer ple Hi ha un gran camí per recórrer ple dd ’’avantatgesavantatges, però també poden haver-, però també poden haver-hi hi riscosriscos

LL ’’escala nanoescala nano El nom ve del fet que lEl nom ve del fet que l’’escala escala

atomicomolecular és de latomicomolecular és de l’’ordre de ordre de nanòmetresnanòmetres (1 nm = 10(1 nm = 10-9-9 m) m)

Els objectes hi són molt difícils de manipular, Els objectes hi són molt difícils de manipular, perquè perquè les lleis físiques i químiques varienles lleis físiques i químiques varien: la : la gravetat és massa feble i altres interaccions, gravetat és massa feble i altres interaccions, com les forces de Van der Waals, esdevenen com les forces de Van der Waals, esdevenen fonamentalsfonamentals

A més, els A més, els efectes quànticsefectes quàntics no es poden no es poden menysprear: la matèria es comporta de menysprear: la matèria es comporta de forma forma dualdual, a la vegada com a ona i com a partícula, , a la vegada com a ona i com a partícula, ll ’’energia està quantificadaenergia està quantificada i existeix i existeix incertesaincertesa: : no podem determinar alhora la quantitat de no podem determinar alhora la quantitat de moviment i la posició dmoviment i la posició d’’una partículauna partícula

Nous instrumentsNous instruments La nanotecnologia és possible gràcies al La nanotecnologia és possible gràcies al

desenvolupament de desenvolupament de nous instrumentsnous instruments per explorar la natura a la nova escalaper explorar la natura a la nova escala

El primer va ser el El primer va ser el microscopi dmicroscopi d’’efecte efecte túneltúnel ( (STMSTM, , scanning tunneling scanning tunneling microscopemicroscope), en el qual una punta de ), en el qual una punta de wolframi que conté wolframi que conté UN ÚNIC ÀTOMUN ÚNIC ÀTOM al seu al seu extrem fa un escombrat i mesura els extrem fa un escombrat i mesura els nanocorrents elèctrics que es generen nanocorrents elèctrics que es generen entre la punta i la mostra. No sentre la punta i la mostra. No s’’hi hi ““veuenveuen”” els àtoms, sinó que sels àtoms, sinó que s’’infereix la posició infereix la posició tot escombrant la mostra (foto pàg. 174 tot escombrant la mostra (foto pàg. 174 llibre)llibre)

MICROSCOPI S.T.M.

ESQUEMA DE FUNCIONAMENT

PROCÉS DE MANIPULACIÓ D’ÀTOMS

“CORRAL QUÀNTIC” CONSTRUÏT DIPOSITANT ÀTOMS DE FERRO SOBRE UNA SUPERFÍCIE DE COURE

Nous instrumentsNous instruments Actualment es fan servir els Actualment es fan servir els

microscopis de força atòmicamicroscopis de força atòmica ( (AFMAFM, , atomic force microscopeatomic force microscope), que ), que mesuren la força entre una mesuren la força entre una micropalanca dmicropalanca d’’escombrat flexible i escombrat flexible i la mostra i es poden fer servir amb la mostra i es poden fer servir amb mostres no conductoresmostres no conductores

COM FUNCIONAUN A.F.M.

Nanotecnologia biomimèticaNanotecnologia biomimètica La nanotecnologia vol imitar la vidaLa nanotecnologia vol imitar la vida i i

ss’’inspira en les estructures vives, inspira en les estructures vives, com el DNA, que són vertaderes com el DNA, que són vertaderes nanomolècules igual com tota nanomolècules igual com tota ll ’’estructura de funcionament estructura de funcionament intracel·lularintracel·lular, que conté moltes altres , que conté moltes altres ““nanomàquinesnanomàquines””, conjunts de , conjunts de molècules que realitzen moltes molècules que realitzen moltes funcionsfuncions

Les Les nanovellositats de les fulles de lotusnanovellositats de les fulles de lotus, , en mullar-se, formen gotes den mullar-se, formen gotes d’’aigua que aigua que arrosseguen la brutícia de les fulles. Açò arrosseguen la brutícia de les fulles. Açò ss’’aplica a aplica a pintures dpintures d’’exteriorexterior i i ceràmica ceràmica sanitàriasanitària, l, l’’aigua llisca i es mantenen aigua llisca i es mantenen netesnetes

Les salamandres tenen uns pèls finíssimsLes salamandres tenen uns pèls finíssims que es disposen a distàncies que es disposen a distàncies nanomètriques de les superfícies i formen nanomètriques de les superfícies i formen forces de Van der Waals. Els pèls sintètics forces de Van der Waals. Els pèls sintètics poden interessar en el món dels poden interessar en el món dels adhesiusadhesius

LL ’’esponja esponja ““cistella de Venuscistella de Venus”” forma un forma un esquelet intern desquelet intern d’’agulles de sílice amb agulles de sílice amb un entramat semblant a una cistella un entramat semblant a una cistella de vímet. de vímet. Les cèl·lules de lLes cèl·lules de l’’esponja esponja ss’’uneixen en capes extrafines amb uneixen en capes extrafines amb blocs nanomètrics dblocs nanomètrics d’’òxid de silici i òxid de silici i després sdesprés s’’enrotllen per formar les enrotllen per formar les agullesagulles. El resultat és un material amb . El resultat és un material amb gran resistència i empaquetament gran resistència i empaquetament que sque s’’estudia com a estudia com a model biològic model biològic per a la fibra òptica del futurper a la fibra òptica del futur

http://mentescuriosas.es/8-ejemplos-de-inventos-inspirados-en-la-naturaleza/

Aplicacions actuals i futuresAplicacions actuals i futures

Els nanotubs de carboniEls nanotubs de carboni Els nanotubs de carboni són una forma Els nanotubs de carboni són una forma

de de ful·lerensful·lerens, molècules tridimensionals , molècules tridimensionals de carboni amb formes i propietats de carboni amb formes i propietats diferents. Les que tenen diferents. Les que tenen forma de forma de cilindrecilindre s s’’anomenen anomenen nanotubsnanotubs

Els nanotubs tenen una extraordinària Els nanotubs tenen una extraordinària resistència mecànicaresistència mecànica, tot i ser molt , tot i ser molt lleugers, i elèctricament van des de la lleugers, i elèctricament van des de la semiconducciósemiconducció a la a la superconductivitatsuperconductivitat i i tenen una gran capacitat de tenen una gran capacitat de conducció conducció de la calorde la calor

a) diamant; b) grafit; c) diamant hexagonal; d) ful·leré C60; e) ful·leré C540f) ful·leré C70; g) carboni amorf; h) nanotub de carboni

FORMESAL·LOTRÒPIQUES

DEL CARBONI

PODRAN ELS NOUS MATERIALSFER REALITAT AQUESTS SOMNIS?

Per a saber-ne mésPer a saber-ne més MIJANGOS, Carmen; MOYA, José Serafín MIJANGOS, Carmen; MOYA, José Serafín

(coord.) (coord.) Nuevos materiales en la sociedad Nuevos materiales en la sociedad del siglo XXI.del siglo XXI. Madrid: CSIC, 2077 Madrid: CSIC, 2077Disponible en línia a:Disponible en línia a:

www.csic.es/documentos/colecciones/www.csic.es/documentos/colecciones/divulgacion/materiales.pdfdivulgacion/materiales.pdf

SCHULENGURG, Mathias. SCHULENGURG, Mathias. La La nanotecnología. Innovaciones para el nanotecnología. Innovaciones para el mundo del mañanamundo del mañana. . Luxemburg: Luxemburg: Comissió Europea, 2004Comissió Europea, 2004

Està disponible en línia a:Està disponible en línia a:ftp://ftp.cordis.europa.eu/pub/ftp://ftp.cordis.europa.eu/pub/nanotechnology/docs/nanotechnology/docs/nano_brochure_es.pdfnano_brochure_es.pdfThe Nanotube Site:The Nanotube Site:http://nanotube.msu.edu/http://nanotube.msu.edu/CRICHTON, Michael. CRICHTON, Michael. Presa. Presa. Barcelona: Barcelona: Círculo de Lectores, 2004 (Ciència ficció)Círculo de Lectores, 2004 (Ciència ficció)Crítica Crítica a:http://www.nanotech-now.com/Chris-a:http://www.nanotech-now.com/Chris-Phoenix/prey-critique.htmPhoenix/prey-critique.htmSTEPHENSON, Neal. STEPHENSON, Neal. La era del diamante. La era del diamante. Barcelona: Ediciones B, 2004Barcelona: Ediciones B, 2004