ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1

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NANOTECNOLOGIA

Y APLICACIONES

Programa de

Formación SENA

ACTIVIDAD DE

APRENDIZAJE 1

Conceptos de nanociencia

y nanotecnología

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NANOTECNOLOGÍA Y APLICACIONES

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1

Conceptos de nanociencia y nanotecnología

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SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE 2013

Presentación 3 Concepto de nanociencia y nanotecnología 11 Contexto histórico de la nanotecnología 21 Términos técnicos de la nanotecnología 28 Consideraciones finales 29 Referencias 30 Créditos 31

TABLA DE CONTENIDO

Resultado de Aprendizaje: Evaluar las propiedades fisicoquímicas de los materiales de acuerdo con características de la materia a nanoescala.

Conocimientos de Concepto:

Concepto de nanociencia y nanotecnología, contexto histórico de la nanotecnología, términos técnicos de la nanotecnología.

Conocimiento de Proceso:

Conocer los procesos de fabricación a nanoescala. Criterios de Evaluación:

Identifica las diferentes aplicaciones de la nanotecnología y comprende cuando es de nanotecnología y cuando no, según estándares internacionales, entendiendo el comportamiento fisicoquímico de los materiales.

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Conceptos de nanociencia y nanotecnología

PRESENTACIÓN

¡Bienvenido al programa de formación “Nanotecnología y Aplicaciones”! Durante la primera Actividad de Aprendizaje, usted tendrá la oportunidad de realizar un viaje al diminuto mundo nano, donde aprenderá conceptos como nanociencia y nanotecnología. Al mismo tiempo viajará en el tiempo para conocer el contexto histórico y algunos términos técnicos relevantes en el campo de la nanotecnociencia.

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NANOTECNOLOGÍA Y

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Conceptos de nanociencia y nanotecnología

CONCEPTO DE NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍA

Estimado aprendiz, a continuación encontrará una serie de recursos relacionados con Nanociencia y Nanotecnología.

Biblioteca de la Nanociencia

CONCEPTO DE

NANOCIENCIA

NANOTECNOLOGÌA

CONCEPTO DE

NANOTECNOLOGIA

HISTORIA DE LA

¨Nanotecnología: el gran reto de lo pequeño¨ Viaje a través de la historia Nanoreisen En: http://www.nanoreisen.de/ Esquema gráfico

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APLICACIONES

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Conceptos de nanociencia y nanotecnología

BIBLIOTECA DE LA NANOCIENCIA

¡Bienvenido a la biblioteca de nanociencia! Comience haciendo clic en el libro de su interés. No olvide hacer un recorrido completo por cada uno de ellos.

1. EL MUNDO DE LA NANOCIENCIA. 2. ENCICLOPEDIA DE NANOTECNOLOGÍA. 4. CONTEXTO HISTÓRICO DE LA NANOTECNOLOGÍA 3. AVANCES Y PROGRESOS DE LA NANOTECNOLOGÍA.

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APLICACIONES

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Conceptos de nanociencia y nanotecnología

Entonces nanociencia es el estudio de fenómenos y principios fundamentales que rigen el comportamiento de macromoléculas y estructuras que tienen al menos una de sus dimensiones con longitud entre unos pocos y varios cientos de nanómetros, de sus propiedades y de sus posibles aplicaciones y transformaciones.

Nanociencia: Tecnología de crear y diseñar objetos nuevos

funcionales a nanoescala. Es la ciencia que se

ocupa del estudio de los objetos cuyo tamaño va desde cientos a décimas

de nanómetros. Ejemplo : determinar la estructura de una molécula, su diseño y propiedades fìsicas y químicas

EL MUNDO DE LA NANOCIENCIA

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APLICACIONES

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Conceptos de nanociencia y nanotecnología

NANO

QUÍMICA FÍSICA Nanotubo Piezas automotoras Cerámicas Purificadores Equipamentos militares Chips de computador Baterías Compuestos de carbono Modelos Bio-Química Cosméticos Protectores solares Implantes Nuevos medicamentos Celdas de combustible “Drugs Delivery” Sistemas Imunológicos Moléculas Tintas Aditivos Catalisadores Lubrificantes Polímeros Átomos Bio-Física Sistemas naturales Células ADN GAUSSIAN MOLPRO GAMESS Computación quántica Hückel Simuladores Herramientas Materiales magnéticos INGENIERÍA INFORMÁTICA BIOLOGÍA MEDICINA Sólidos Materiales Electrónica Microscopía Displays Semiconductores Quántica

ENCICLOPEDIA DE NANOTECNOLOGÍA.

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Conceptos de nanociencia y nanotecnología

Nanotubo de carbono.

Copa de lycurgus

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Conceptos de nanociencia y nanotecnología

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Conceptos de nanociencia y nanotecnología

Microscopio de fuerza atómica.

“Crean un biosensor con nanotecnología que elimina bacterias de la comida”:

http://alt1040.com/2013/03/biosensor-que-elimina-bacterias-comida-nanotecnologia

“Ejemplificación: aplicaciones de la nanociencia y la nanotecnología”:

http://www.cienciasmc.es/web/u8/ejemplificacion_u8.html

“Nanotecnología en Colombia”:

http://nanotech-col.blogspot.com/p/nanotecnologia-en-colombia.html

“Células madre y nanotecnología para regenerar cartílago”:

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Conceptos de nanociencia y nanotecnología

A lo largo de la historia, la humanidad ha identificado grande con poderoso, eficaz, eficiente. Lo grande producía respeto, temor, reverencia y asombro. Las maravillas del mundo antiguo eran grandes. Los mayores logros de la ingeniería de finales del siglo XIX y comienzos del XX se identifican con lo grande: grandes puentes, grandes ferrocarriles, grandes carreteras, grandes barcos... Lo eficaz, lo útil, lo rentable requería tamaño. El tamaño sí importaba. Lo pequeño encontraba su sitio en curiosidades como miniaturización de códices o, a lo más, en algunas maquinarias de precisión como el reloj de bolsillo, probablemente una de las tecnologías más sofisticadas que conocieron nuestros abuelos.

Lo pequeño entra de forma decisiva en el reino de lo útil con la microelectrónica. Lo pequeño es más rápido, más poderoso, más eficiente. La mecánica cuántica abre el camino para la comprensión de la estructura de la materia escala microscópica

y, junto con la mejoría en las técnicas de vacío, lleva al descubrimiento del transistor. La subsiguiente revolución microelectrónica ha cambiado la forma de relacionarnos, de trabajar, de comunicarnos, la forma de vivir, la cultura... El concepto de chip surge en los años 50, cuando se comprende la posibilidad de integrar todos los elementos de un circuito electrónico en una pieza de silicio. Durante las dos primeras décadas de la revolución de la miniaturización, el prefijo micro es el adecuado. Cuando investigadores de IBM consiguen escribir en 1976 “USA 1976” en letras de oro de 10 nanómetros, la electrónica entra en el reino de lo nano.

El prefijo nano significa la milésima parte de la micra. En un sentido general, nanociencia y nanotecnología se refieren al estudio de materiales y procesos en los que, al menos en alguna de sus dimensiones, las distancias relevantes son del orden del nanómetro. Existe un consenso según el cual para que algo sea etiquetado como

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Conceptos de nanociencia y nanotecnología

nano las dimensiones relevantes tienen que ser mayores que el átomo, pero lo suficientemente pequeñas como para que sus propiedades y comportamiento sean diferentes de lo macroscópico. En muchos aspectos, la naturaleza define sus propiedades a escala nanométrica. No es el átomo de hierro el que define su función; es el entorno nanométrico. “La hemoglobina es una máquina molecular”, así la definió quien reveló su estructura: Max Perutz. Las propiedades del acero, su flexibilidad, su resistencia, se fijan en la escala nano, no en la atómica. Nano se refiere a los bloques más pequeños constituyentes de la materia que hacen que algo funcione de una determinada forma. Nanociencia y nanotecnología no son avances específicos surgidos de una disciplina determinada, sino una forma de aproximarse a la materia que afecta a todas las áreas de la ciencia y la tecnología. La física, la biología, la química convergen en lo nano abriendo un abanico de infinitas posibilidades. Nanotecnología es, pues, mucho más que una nueva disciplina, es mucho más que una mera continuación de la microelectrónica. La nanotecnología, o más propiamente las nanotecnologías, abarcan todas las disciplinas desde medicina a ingeniería.

El potencial de la nanotecnología es aparentemente infinito: se nos promete de todo desde lo más mundano, como superficies superhidrofóbicas y autolimpiables, hasta lo más fantasioso, como submarinos diminutos recorriendo el torrente sanguíneo. Seguramente, los mayores impactos, como ha ocurrido otras veces, surgirán donde ni siquiera imaginamos. Todavía estamos lejos de ser capaces de crear nanocomponentes y agruparlos en nanosistemas en un determinado lugar para realizar una función específica. Existen, además, nubes en el horizonte. El impacto de lo nano en la salud y el medio ambiente debe ser abordado con intensidad, seriedad y rigor científico. No es bueno, además, presentar la nanotecnología como el remedio a todos los males. Exageraciones desmesuradas pueden provocar un efecto boomerang que perjudique a su propio desarrollo. Por ello, una información adecuada es una necesidad social.

Tomado de: Etxenike, P. (2007). Nanotecnología el gran reto de lo pequeño.

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ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1

Conceptos de nanociencia y nanotecnología

Ciencia conducida a nanoescala (1-100nm)(3)

Nano viene del griego "nano" que significa `Enano`(5 ) Entedimiento de la materia a escala atómica y búsqueda de sus aplicaciones (5) Estudio de los fenómenos a escala atómica, molecular y macromolecular, donde

las propiedades varían en comparación con la

macro escala(4)

NANOTECNOLOGíA

Hasta el momento habrá podido explorar que la

nanotecnología se mueve en diferentes campos, por lo

tanto es necesario que se interese en algunos conceptos

que giran alrededor de ella. Revise el siguiente mapa

conceptual y saque sus propias conclusiones.

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APLICACIONES

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ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1

Conceptos de nanociencia y nanotecnología

Siglo IV dC-1920

Prenanotecnología. Copa de lycurgus.

Vitrales de la edad media. Espada de damasco.

Langmuir y Bodgett introducen el modelo de monocapa.

1959

Richard Feynman da su discurso ¨There is plenty room at the bottom¨ donde describe la manipulación de materia a pequeña escala.

1981

Gerd Binning y Heinrich Roher inventando el microscopio de escaneo tunel que permitió ver y manejar átomos de manera individual.

1974

El profesor Norio Taniguchi le da el nombre a este campo en el artículo ¨On the basic concept of nanotechnology¨

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ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1

Conceptos de nanociencia y nanotecnología

1986

Se inventa el microscopio de fuerza atómica en Zurich en los laboratorios de investigación de IBM.

1985

Investigadores de la universidad de Rice descubren los fulerenos conocidos como ¨buckyballs¨, los cuales son usados para hacer nanotubos de carbono. Hoy en día son los nanomateriales más ubicuos.

1991

Sumio Iijima de NEC crea un nanotubo de carbono.

1989

IBM en el laboratorio de California deletrea el logo de la compañía usando átomos de

Xenon, demostrando posteriormente la manipulación

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23 Conceptos de nanociencia y nanotecnología

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1

1999

Aparecen en el mercado global los primeros productos que emplean nanotecnología.

1998

El consejo de ciencia y tecnología de la casa blanca crea el grupo de Nanotecnología para la financiación de proyectos en nanotecnología.

2003

Hallas, West y colaboradores desarrollan nanocapsulas de oro con capacidad de absorción cerca al infrarojo, lo cual sirve como plataforma para el diagnóstico de cancer de mama, sin usar métodos invasivos.

2001

El presidente Bill Clinton lanza la iniciativa Nacional para el Avance de Nanotecnología.

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24 Conceptos de nanociencia y nanotecnología

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1

2005

Erik Winfree y Paul Rothemund del Instituto de Tecnología de California desarrollan teorías de "la computación basada en ADN y "autoensamblaje algorítmico".

2004

La comisión europea crea la estrategia europea alrededor de la nanotecnología.

La Real Sociedad Británica y la Real Academia de Ingeniería publican ¨Nanociencia y nanotecnología oportunidades e incertidumbres¨.

Se crea el primer College de Ciencia de nanoescala e ingenierìa.

2007

Angela Belcher y colaboradores del MIT desarrollan la primera batería de iones de litio usando virus que no son dañinos para la salud.

2006

Tour y Colaboradores de la Universidad de Rice crean el primer carro a nanoescala.

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25 Conceptos de nanociencia y nanotecnología

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1

2009-2010

Naadrian Seeman y colaboradores de la Universidad

de Nueva York crean simuladores ADN de dispositivos robóticos a nanoescala.

2008

Se publica por primera vez la Iniciativa Nacional de Investigación en Nanotecnología relacionada con medio ambiente, salud y seguridad.

2010

IBM crea un mapa tridimensional de los relieves mundiales, demostrando que los patrones a nanoescala reducen costos en áreas como: electrónica, optoelectrónica y medicina.

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26 Conceptos de nanociencia y nanotecnología

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1

2006 Colombia

Se incluye la Nanotecnología y Nanociencia en el texto de Plan Nacional de Desarrollo Científico, Tecnológico y de Innovación 2007 -2019 elaborado por Colciencias.

2005 Colombia

Se crea el Consejo de Nanociencia y Nanotecnología, se instala una red de investigación de nanotecnociencias en universidades colombianas.

2004 Colombia

Colciencias Selecciona el área de nanotecnología y materiales avanzados como una de sus áreas estratégicas para el desarrollo de la productividad y competitividad colombiana.

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27 Conceptos de nanociencia y nanotecnología

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1

2013

Se realiza en Medellín el Workshop en Nanotecnología en energía y aplicaciones médicas. 2010 Colombia

La Universidad de Los Andes crea el Primer Encuentro de Micro y Nanoelectrónica.

2009 Colombia

El SENA crea el primer programa para la enseñanza de la Nanotecnología a niños de secundaria de poblaciones vulnerables.

Fuente original tomada dehttp://nanotech-col.blogspot.com/p/nanotecnologia-en-colombia.html

Explore la siguiente línea de tiempo, con las acciones en educación, formación e innovación en micro y nanotecnología SENA:

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TÉRMINOS TÉCNICOS DE LA NANOTECNOLOGÍA

APLICACIONES

28 Conceptos de nanociencia y nanotecnología

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1

Bottom up: Es la construcción de estructuras orgánicas e

inorgánicas átomo- átomo, molécula- molécula.

Buckyball: Nombre popular que se le da a un fullereno.

Nanociencia: El estudio de propiedades únicas de la materia a

nanoescala, es un campo interdisciplinario de la ciencia que combina a la ciencia de materiales, física, química de moléculas complejas y disciplinas relacionadas.

*Nanocompuesto: Material compuesto de una o más

sustancias de las cuales una tiene dimensiones a nanoescala, por ejemplo, nanopartículas dispersas sobre un material sólido.

Nanoescala: Rango de talla que va desde 1-100nm.

Nanofabricación: Término general que hace referencia a crear y

ensamblar estructuras a nanoescala.

Nanómetro (nm): Unidad de medida que corresponde a la

billonésima parte de un metro o la millonésima parte de un milímetro.

Nanoporo: Sustancias que tienen orificios o nanoporos a

nanoescala.

*Nanotubo: Estructuras cilíndricas, huecas cuyo diámetro es

menor a 5nm, generalmente están compuestas de carbono pero no necesariamente, se caracteriza por su alta resistencia y sus propiedades eléctricas.

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29 Conceptos de nanociencia y nanotecnología

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1

CONSIDERACIONES FINALES

Querido aprendiz, espero que haya aprendido más sobre nanotecnología y haya solucionado algunas

de sus dudas con respecto a este maravilloso y emergente mundo. ¡Nos veremos en la siguiente

Actividad de Aprendizaje!

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APLICACIONES

30 Conceptos de nanociencia y nanotecnología

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1

Etxenike, P. (2007). Nanotecnología el gran reto de lo pequeño. Revista Cic Network, Ciencia y tecnología, Abril 2007 (No.1). P. 4. Recuperado de

http://www.cicnetwork.es/upload/pdf/revistas/CN1.pdf

Gil, F. (16 de mayo de 2009). Células madre y nanotecnología para regenerar cartílago. Ciencias y sociedad. Recuperado de

http://www.cienciaysociedad.info/nano/2009/05/celulas-madre-y-nanotecnologia-para-regenerar-cartilago/

Martínez, f. y Turégano García. “Ejemplificación. Aplicaciones de la nanociencia y de la nanotecnología.”. En Ciencias para el mundo contemporáneo. Guía de recursos didáctico. Recuperado de http://www.cienciasmc.es/web/u8/ejemplificacion_u8.html

Nanotecnología en Colombia. Recuperado de http://nanotech-col.blogspot.com/p/nanotecnologia-en-colombia.html

Nanotechnology Timeline. Recuperado de http://www.nano.gov/timeline

Nano Terms. Recuperado de http://www.nanobasque.eu/aNBW/web/es/sociedad/nanoterminos/index.jsp?nAnno=2012

Perry, Y. (14 de marzo de 2013). Crean un biosensor con nanotecnología que elimina bacterias de la comida. Diario Alt1040 Recuperado de

http://alt1040.com/2013/03/biosensor-que-elimina-bacterias-comida-nanotecnologia

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APLICACIONES

31 Conceptos de nanociencia y nanotecnología

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1

Líder de Proyecto:

Jairo Antonio Castro Casas Expertos temáticos:

Andrea Reyes Meneses Asesor Pedagógico:

Mónica Patricia Osorio Martínez Guionistas:

Beatriz Helena Duque Ospina Óscar Darío Cardozo Garzón Óscar Iván Pineda Cespedes Líder de Proyecto:

Jairo Antonio Castro Casas Expertos temáticos:

Andrea Reyes Meneses Asesor Pedagógico:

Mónica Patricia Osorio Martínez Guionistas:

Beatriz Helena Duque Ospina Óscar Darío Cardozo Garzón Óscar Iván Pineda Cespedes

Programadores:

Diego Rodríguez Ortegón José Felix Arizala Segura Mayra Durango

Equipo de Diseño:

Gabriel David Suárez Vargas

Guillermo Armando Aponte Celis Jhonny Ronald Narváez Olarte Julián Mauricio Millán Bonilla Leonardo Stiglich Campos Programadores:

Diego Rodríguez Ortegón José Felix Arizala Segura Mayra Durango

Equipo de Diseño:

Gabriel David Suárez Vargas

Guillermo Armando Aponte Celis Jhonny Ronald Narváez Olarte Julián Mauricio Millán Bonilla Leonardo Stiglich Campos