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INTRODUCCIÓN A LA NANOTECNOLOGÍA: ACTUALIDAD Y PERSPECTIVAS OCTUBRE 2011

TEMARIO

1. IntroducciónalaNanotecnología

1.1. Elconocimientocientíficodelamateria:DelamacroͲescalaalananoͲescala. 1.2. ¿Nanocienciaonanotecnología?

1.3. Algunospersonajesclave:R.Feynman,L.Esaki,N.Taniguchi,E.Drexler. 1.4. Nanotecnología:Elreinodelamecánicacuántica.

1.5. Efectosdeconfinamiento:nivelesdeenergía.

1.6. PropiedadesdelosnanoͲobjetos.Efectosdetamañosclásicosycuánticos. 1.7. Emergenciayconvergenciadelananotecnología.

1.8. Caráctermultidisciplinardelananotecnología.

1.9. Elamplioabanicodeaplicacionesdelananotecnología.

1.10. Situacióndelananotecnologíaendistintasregionesdelmundo:inversiónycentros. 1.11. Evolucióndelaspatentesypublicacionesennanotecnología.

1.12. LasituaciónenEspaña:redes,centros,yfinanciación 1.13. AcciónEstratégicadeNanocienciayNanotecnología

1.14. ¿CómosernanotecnólogoenEspaña?

RECURSOSPARAELPROFESORADO

2. Losmaterialesnanoestructurados

2.1Materiales2D(conefectosdeconfinamientoenunadirección).

x Nanopelículas

x Nanorevestimientos

x Heteroestructurasysistemasmulticapa.

x Membranas

2.2Materiales1D(conefectosdeconfinamientoendosdirecciones)

x Transporteelectrónicoensistemas1D:deOhmaLandauer

x Nanotubosynanofibrasdecarbono

x Nanotubosinorgánicos

x Nanoalambresonanohilossemiconductoresymetálicos

x Biopolímeros(ADN,Nanotubosdepéptidos,etc.)

2.3Materiales0D(conefectosdeconfinamientosenlastresdirecciones)

x Nanopartículasinorgánicasypoliméricas.Puntoscuánticos.

x Fullerenos

x Nanoemulsiones

x Micelas

x Dendrímeros

2.4Materialesporososysistemascoloidales

x Carbonoysilicioporosos

x Disolucionescoloidales

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x Zeolitas,sepiolitas,otrosfilosilicatos

2.5Otrosmaterialesnanoestructuradosonanoparticulados

x Materialesnanocompuestosynanohíbridos

x MCMͲX,MetalͲorganicͲframeworks,etc.

x Cristalesfotónicos.

x Materialesplasmónicosymetamateriales.

x Magnetofluidos.

2.6Otrasestrategiasendiseñosdemateriales:Estructuralidad,FuncionalizaciónyBioinspiración.

x Nanomaterialesestructurales.

x Funcionalizacióndesuperficies.

x Ejemplosdelanaturaleza:Valvasdemoluscos,lacoloracióndelasmariposas,telasdearaña,etc.

2.7Lananotecnologíadenuestrosantepasados:copadeLycurgus,azulmaya,lasespadasdeDamasco, lustreencerámicaárabeymediterránea,coloracióndelasvidrierasmedievales,fotografía.

3. Técnicasparalacaracterizacióndelosmaterialesnanoestructurados 3.1. Técnicasmicroscópicasdecampolejano:

3.1.1. Microscopíaelectrónicadebarrido(SEM)ydetransmisión(TEM)

3.1.2. Microscopíasdealtaresolución(HRTEM)ySTEM.

3.1.3. RadiaciónderayosX:difractómetrosysincrotrones 3.1.4. Difraccióndeelectrones,positrones,neutrones 3.2. Técnicasmicroscópicasdecampocercano:

3.2.1. Microscopíadeefectotúnel(STM)

3.2.2. Microscopíadefuerzasatómicas(AFM)

3.2.3. Microscopíaópticadecampocercano(SNOM)

3.2.4. Otrassondaslocalesbasadasenelnanocontrol

3.3. Técnicasespectroscópicas 3.3.1. Emisión

3.3.2. Absorción 3.3.3. Dispersión

3.3.4. Masa

3.3.5. Resonancia(RMN,EPR,Mossbauer)

3.4. Otrastécnicasdemedidas 3.4.1. Nanoindentación

3.4.2. Porosimetríademercurio 3.4.3. Otras

3.5. Técnicasparalasimulacióncomputacional 3.5.1. Métodossemiclásicos

3.5.2. MétodoscuánticosyabͲinitio

3.5.3. MétodosMonteCarlo

3.5.4. Otrosmétodos.

3.5.5. Lenguajesdeprogramación.

3.5.6. Supercomputadoresdealtasprestaciones.Computaciónenparalelo.

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4. Técnicasdefabricaciónysíntesisdematerialesnanoestructurados 4.1. TécnicastopͲdown,descendentesode“arribaͲabajo”

4.1.1. Cortes,grabado,molienda,pulvimetalurgia,etc. 4.1.2. Litografíaóptica

4.1.3. Nanolitografíaelectrónica

4.1.4. FocussedIonBeam(FIB)

4.1.5. Nanoimprinting 4.1.6. LitografíaDipͲPen

4.2. TécnicasbottomͲup,ascendentes,ode“abajoͲarriba”

4.2.1. Manipulaciónindividualdeátomosymoléculas

4.2.2. Síntesisquímica(solͲgel,pirolisisláser,síntesishidrotermalyotros) 4.2.3. MBE,CVD,PVD,PLD,ablaciónláser,etc.,

4.2.4. Elconceptodefuncionalización.

4.2.5. Autoensamblado,reconocimientomolecular,sistemasconjugados

4.2.6. Elconceptode“monumentalización” 4.2.7. Plantillasvirales

4.2.8. ElADNcomoelementoconstructivoyprogramable

4.3. TécnicashíbridaseintegraciónnanoͲmicroͲmacro

4.4. ¿Quéesunasalablanca?Tiposyequipamientos.

5. Aplicacionessectorialesdelananotecnología

5.1. Tecnologíasdelainformaciónycomunicaciones(TIC)

5.1.1. Máquinasmecánicasyelectromecánicas.

5.1.2. Deltriododevacioaltransistor.

5.1.3. Circuitointegradoyminiaturización.LeydeMoore.

5.1.4. TransistoresCMOSyFET.

5.1.5. Elfinaldelaeradelsilicio.Límitesfísicosparaelsilicio

5.1.6. Límitesdelalmacenamiento:elsuperͲparamagnetismo

5.1.7. Estrategiasdealmacenamientomasivo:Millipede.

5.1.8. Electrónicamolecular(moléculasynanotubosdecarbono)

5.1.9. Elusodelespínelectrónico:laespintrónica 5.1.10. Ordenadoresdeluz:elpapeldelafotónica

5.1.11. Másalládelacomputaciónbooliana:lacomputacióncuántica

5.1.12. Otrasestrategiasdecomputación:Biocomputaciónenuntubodeensayo

5.2. Sensoresyactuadoresenlananoescala

5.2.1. MEMSyNEMS

5.2.2. SensoresbasadosenFET

5.2.3. Nariceselectrónicas 5.2.4. Biosensores.

5.2.5. Sistemas“smartdust” 5.3. ConstrucciónyTextiles

5.3.1. Lananotecnologíaenconstrucción

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5.3.3. Sistemasfotocrómicos

5.3.4. Redesdenanosensores

5.3.5. Nanotecnologíaenelsectortextil

5.4. NanobiotecnologíayNanomedicina

5.4.1. MicroarraysynanoarraysdeADN,proteínasycélulas

5.4.2. Marcadoresparavisualizaciónópticaymagnética

5.4.3. HacialasecuenciaciónbaratadeADN

5.4.4. Distribucióncontroladadefármacos

5.4.5. ProcesamientodeImágenes

5.4.6. Identificacióndedrogas:genómica,proteómicaybioinformática 5.4.7. Diagnóstico

5.4.8. Cirugía,implantespasivosyactivos 5.4.9. Ingenieríadetejidos

5.4.10. ¿NanoͲrobots?

5.4.11. Otrasaplicaciones:materialquirúrgico,vendajes,etc. 5.5. Alimentaciónyagricultura

5.5.1. Dispensadoresdeinsecticidasynutrientes

5.5.2. Nuevosenvasesysistemasdeconservación

5.5.3. Fluidificadoresdealimentos

5.5.4. Encapsuladodealimentos

5.5.5. Nuevosnanoalimentos

5.5.6. Biosensoresparacontroldecalidad

5.5.7. Gastronomía:cocinainteractivaycocinamolecular 5.6. Cosmética

5.6.1. Encapsuladoyliberacióncontroladadecosméticos

5.6.2. Protecciónderadiaciónultravioletamediantenanoparticulas 5.6.3. Cremasdentalesconnanodispensadoresdefluor,hidroxiapatita,etc.

5.7. Energíaymedioambiente

5.7.1. Nanotecnologíaysostenibilidad

5.7.2. ProducciónyConversióndeEnergía

x EnergíaSolarFotovoltáica(debaseinorgánica,orgánica,Grätzel,etc.)

x EnergíaSolarTérmica

x ConversióndeHidrógeno

x EnergíaTermoeléctricayBioenergética

5.7.3. AlmacenamientodeEnergía

x Bateríasrecargables

x AlmacenamientodeHidrógeno

x Supercondensadores

5.7.4. AhorrodeEnergía

x Aislamientotérmico

x Procesosdecombustión

x Materialesmásligerosymásfuertes

5.7.5. NuevasFuentesdeLuz

x Optoelectrónica

x FuentesdeLuzmáseficientes

x FuentesdeLuzconmayorcapacidaddeiluminación

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x Filtradodeaguaygasespormembranasysistemasnanoporosos

x Nanotecnologíaymembranasdeosmosisinversa

x Fotocatálisisparadepuracióndeagua

x Depuraciónmagnética

x Nanosensoresdecontaminantes

5.8. SeguridadyDefensa

5.8.1. ArmamentobasadoenNanotecnología

5.8.2. Deteccióndeexplosivosyarmasbiológicas. 5.8.3. Elconceptode“supersoldados”

6. Implicacionessociales,culturalesyreligiososdelananotecnología 6.1. Elenfoquesistémicodelananotecnología.

6.2. Nanotecnologíaydesarrollosostenible. 6.3. Nanotecnologíaparasalirdelapobreza.

6.4. Nuevastecnologíasyriesgos.Casos:automóvil,avión,energíanuclear. 6.5. Riesgosennanotecnología:tecnologíassincontrol,sistemasautorreplicantes.

6.6. Riesgosennanotecnología:toxicidaddenanopartículasparatrabajadoresyconsumidores.

6.7. Lacomparaciónconlosalimentosgenéticamentemodificados(transgénicos)

6.8. Dospercepciones:lamoratoriaversuselcontrolderiesgos. 6.9. Laresponsabilidaddelacomunidadcientífica

6.10. Lananoética.

6.11. Regulacionesynormas.GruposdetrabajoISO,AENOR,OCDE,etc.

6.12. Nanometrología.Nanoecotoxicología.

6.13. Seguridadlaboralenlaboratoriosyfábricas:principiodeprecaución. 6.14. Losderechosdelconsumidor.

6.15. Eletiquetadoenalimentosycosmética.NomativaUE,EE.UU.yCanadá.

6.16. Implicacionesculturalesdelananotecnología:impactomediático,eninternet,encine,literatura,y arte.Haciaelnanoarte.

6.17. ¿Hacialananocultura?

6.18. Convergenciastecnológicas.ConvergenciaNBICversusCTEKS. 6.19. Nanotecnologíayreligión.Eltranshumanismoylasingularidad. 6.20. Laeducaciónyladivulgaciónennanotecnología.

BIBLIOGRAFÍARECOMENDADA

1. ALISIVIATOS,P.(2001):“Nanotecniaenmedicina”enInvestigaciónyCiencia,302:63Ͳ69.

2. AZKARATE,G.(coord.)(2008):AplicacionesIndustrialesdelasNanotecnologíasenEspañaenel Horizonte2020,FundaciónOPTIyFundaciónINASMET,Madrid.

3. COLLINS,P.G.,yAVOURISP.(2001):“Introduccióndelosnanotuboseneldominiodelaelectrónica” enInvestigaciónyCiencia293:12Ͳ20.

4. CORREIA,A.(coord.)(2008):NanocienciayNanotecnologíaenEspaña:Unanálisisdelasituación

presenteydelasperspectivasdefuturo,FundaciónPhantoms,Madrid.Estelibrosepuededescargar

(6)

5. DELOSARCOS,M.T.(2008):Laeradelcamaleón.Losdesafíosdelananotecnologíadelcarbono, Síntesis,Madrid.

6. DELGADO,G.C.(2008):Guerraporloinvisible:negocio,implicacionesyriesgosdelananotecnología, Ceeich,UNAM,México.

7. ECHEVARRÍA,J.(2005):“Gobernanzadelasnanotecnologías”enArbor715:301Ͳ315.

FONTELA,E.(2006):“NanotecnologíayEconomía”enRevistaSistemaMadri+d,15:53Ͳ60

8. GÓMEZͲROMERO,P.(2007):Unplanetaenbuscadeenergía,Síntesis,Madrid.

9. GÓNZALEZ,J.M.etal.(2006):InformedeVigilanciaTecnológicaMadri+d“Nanomedicina”,Fundación paraelConocimientoMadri+dyCEIM,Madrid.Esteinformeseencuentraenlapáginaweb:

http://www.madrimasd.org/informacionidi/biblioteca/publicacion/VigilanciaͲtecnologica/default.asp 10. GUTIÉRREZ,J.A.etal.(2004):"Laluzsincrotrón:unaherramientaextraordinariaparalaciencia”en

ApuntesdeCienciayTecnología12:37Ͳ46.

11. LECHUGA,L.(2006):“Nanobiotecnología:avancesdiagnósticosyterapéuticos”enRevistaSistema Madri+d,15:43Ͳ52.

12. LIEBER,C.M.(2001):“Nanocircuitos”enInvestigaciónyCiencia302:54Ͳ61.

13. LÓPEZFANDIÑO,R.yMEDINAMÉNDEZ,I.(coord.)(2009):Laalimentaciónenels.XXI,CSICyLa Catarata,Madrid.

14. MARTÍNͲGAGO,J.A.etal.(2008):UnidadDidácticaNanocienciayNanotecnología.Entrelaciencia ficcióndelpresenteylatecnologíadelfuturo,FundaciónEspañoladeCienciayTecnología(FECYT), Madrid.Estelibrosepuededescargardelapáginawebhttp://www.fecyt.es

15. MARTÍNͲGAGO,J.A.yMÉNDEZJ.(2005):“Nanotecnología,macromoléculasymanipulaciónmolecular”

enRevistaEspañoladeFísica,19(2):19Ͳ23.

16. MIJANGOS,C.yMOYAJ.S.(coord.)(2007):NuevosmaterialesenlasociedaddelsigloXXI,Consejo SuperiordeInvestigacionesCientíficas,Madrid.Estelibropuededescargarseenlapáginaweb http://www.csic.es/web/guest/coleccionͲdivulgacion

17. MONTERO,M.I.ySCHULLER,I.K.(2003):“Nanoestructuras:unviajedetresacerodimensiones”en RevistaEspañoladeFísica,17(2):35Ͳ39

18. PáginawebconrecursoseducativosdelaIniciativaNacionaldeNanotecnologíadelosEE.UU.: http://www.nano.gov/html/edu/home_edu.html

19. Páginawebconrecursoseducativosennanotecnología:http://www.nanoed.org/

20. PáginawebdelaIniciativaNacionaldeNanotecnologíadelosEE.UU.:http://www.nni.gov

21. PáginawebdelaPlataformaEspañoladeNanomedicina:http://www.nanomedspain.net

22. PaginawebdelaRedEspañoladeNanotecnología:http://www.nanospain.org

23. PáginawebdeNANOART21:http://www.nanoart21.org/

24. RIVASMARTÍNEZ,M.J.etal.(2007):InformedeVigilanciaTecnológicaMadri+d“Aplicacionesactuales yfuturasdelosnanotubosdecarbono”,FundaciónMadri+dparaelConocimientoyCEIM,Madrid. Esteinformeseencuentraenlapáginaweb:

http://www.madrimasd.org/informacionidi/biblioteca/publicacion/VigilanciaͲtecnologica/default.asp

25. SERENA,P.A(2010):“Larevolucióndelopequeño.Mediosiglodenanotecnología”enMètode65:51Ͳ

57.

26. SHAPIROE.yBENENSON,Y.(2006):“ComputadoresdeADN”enInvestigaciónyCiencia358:14Ͳ21.

27. TOUMEY,C.(2010):“Elbienyelmaldeátomosymoléculas.Religiónynanotecnología”,enMètode 65:81Ͳ85.

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EVALUACIÓN

Alfinalizar elcursoseentregará un cuestionarioa los asistentes,que permitirávalorar elgradode entendimientodelosconceptosfundamentalesexpuestos.Serácondiciónnecesariaparalaobtencióndelos créditosprevistos,lasuperacióndedichocuestionarioo,ensudefecto,larealizacióndeuntrabajoͲproyecto, valoradoporeldirectororesponsabledelaactividad.

EnelcasodeeleccióndeuntrabajoͲproyectolosparticipantes(gruposdetres)seleccionaránuntemapara proyectofinal,ylanotadelcursosebasaráenelreportedelproyectoporescrito(máximo10–15folios)ysu presentaciónoral(15minutos).Sefacilitaráunesquemaoguiónparaeldesarrollodelostrabajosylas exposiciones.LapresentaciónoraldelostrabajospuedeextendersefueradelhorariodelCursoenfuncióndel númerodeparticipantes. Seráobligatorialaasistenciaaltotaldelasclasesdelafasepresencial(teóricasyvisitaeducativaalICMMͲCSIC) delaactividadparaconsiderarsuperadoelcurso. P

PLLAANNIIFFIICCAACCIIÓÓNNDDEELLCCUURRSSOO “

“IINNTTRROODDUUCCCCIIÓÓNNAALLAANNAANNOOTTEECCNNOOLLOOGGÍÍAA::AACCTTUUAALLIIDDAADDYYPPEERRSSPPEECCTTIIVVAASS””

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Duurraacciióónn (

(hhoorraass l

leeccttiivvaass))

P

Prrooffeessoorreess Presentacióndelcurso 15´ JoaquínTutor PedroSerena Capítulo1–Introducción 45´ JoaquínTutor Sesión1 M4de octubre Capítulo2–MaterialesNanoestructurados

x §2.1,2.2y2.3 2

JuanCarlosdel Real

Capítulo2–MaterialesNanoestructurados

x §2.4,2.5,2.6y2.7 2 JoaquínTutor

1 Sesión2 J6de octubre Capítulos2Recursosdidácticos 1 JoaquínTutor Capítulo3–Técnicasdecaracterización

x §3.1,3.2,3.3y3.4 2

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Capítulo5–AplicacionesdelaNanotecnología

x §5.1al5.5 2 PedroSerena

Sesión5 M18de

octubre Capítulo5–AplicacionesdelaNanotecnología

x §5.6,5.7y5.8 1 PedroSerena

Capítulo6–ImplicacionesSociales,Culturales

yÉticasdelaNanotecnología 2 MaríaAnaSáenz

3

Sesión6 J20de

octubre Capítulos5y6Recursosdidácticos 1 PedroSerena

Sesión7 M25de octubre

Mesaredondaydebatesobrelasaplicaciones

delaNanotecnología 3

JoaquínTutor PedroSerena JuanC.delReal MaríaAnaSáenz 4

Sesión8 J27de octubre

VisitaEducativaalInstitutodeCienciade

MaterialesdeMadrid,campusdeCantoblanco 3

PedroSerena AgustinaAsenjo JoséÁngelMartín Gago

JesúsRicote Sesión9

X2de noviembre

Mesaredondaresumensobrela NanotecnologíaenlaEnseñanza

3 JoaquínTutor

PedroSerena

5

Sesión10 J3de noviembre

Seminariodepresentacióndeproyectos

(EVALUACIÓN) 3

JoaquínTutor PedroSerena AgustinaAsenjo JuanC.delReal MaríaAnaSáenz JoséÁngelMartín