Debido a los fenómenos cuánticos, las propiedades de la materia a nivel atómico y molecular difieren de las propiedades que aparecen en el nivel macroscópico habitual. En los años ochenta del siglo XX, con la aparición de métodos adecuados para la producción de nanoestructuras, se produjo un marcado aumento de la actividad investigadora. En el año 2000 se fundó en Estados Unidos la NNI (National Nanotechnology Initiative), una organización encargada de la promoción, investigación y difusión de la nanociencia y la nanotecnología.
En respuesta, los gobiernos del mundo comenzaron a invertir grandes sumas de dinero en investigación y desarrollo de nanotecnología.
NANOMATERIALES 0D
Puntos cuánticos
Dendrímeros
Fullerenos
Otros nanomateriales 0D
NANOMATERIALES 1D
Nanotubos de carbono
Nanocelulosa
Nanofibras poliméricas
NANOMATERIALES 2D
El grafeno es un derivado del grafeno, descubierto en 2009, que une un átomo de hidrógeno a cada átomo de carbono.
Películas delgadas
NANOMATERIALES 3D
PROPIEDADES DE LOS NANOMATERIALES
Un aspecto único de la nanotecnología es la enorme relación superficie-volumen que se encuentra en los nanomateriales, lo que promueve la aparición de nuevos efectos de la mecánica cuántica a nanoescala. Estos efectos no son importantes cuando se pasa de la dimensión macro a la micro, pero se vuelven dominantes cuando se alcanza la nanoescala. Por tanto, los nanomateriales tienen una relación área-volumen mucho mayor que los mismos materiales a granel en la macroescala.
Esto se debe a que, al haber una superficie mucho mayor, una mayor cantidad de materia también queda expuesta al entorno cercano y puede reaccionar químicamente con él. Es decir, a medida que disminuye el tamaño de la partícula, aumenta el área superficial por unidad de masa, lo que se traduce en un mayor número de átomos en la superficie por unidad de volumen. A su vez, esto implica que hay más espacio para interactuar con otros átomos y moléculas, tanto para atraerse (interacciones de Van der Waals, enlaces de hidrógeno, interacciones electrostáticas, etc.) como para repelerse debido a la interacción entre sus componentes electrónicos. nubes.
Estas interacciones provocan efectos superficiales, electrónicos y cuánticos, que influyen en el comportamiento óptico, eléctrico y magnético de los materiales a nanoescala. La producción de materiales a nanoescala se denomina nanofabricación, concepto que incluye la producción de nanomateriales, nanoestructuras, nanodispositivos y nanosistemas. Esto requiere escalabilidad, confiabilidad y rentabilidad, e incluye la investigación y el desarrollo de diversas estrategias, enfoques y técnicas de fabricación.
NANOFABRICACIÓN SEGÚN LA ESTRATEGIA DE OBTENCIÓN
Estrategia top-down
Estrategia bottom-up
Para la formación de nanopartículas con una estructura compleja se utiliza preferentemente un enfoque ascendente, que utiliza las propiedades químicas de las moléculas para su autoorganización y autoensamblaje, o para su colocación en determinadas posiciones y la formación de estructuras deseadas.
NANOFABRICACIÓN SEGÚN EL MEDIO
NANOFABRICACIÓN SEGÚN EL MÉTODO CIENTÍFICO
Una de las opciones para lograr este objetivo es el uso de microorganismos para sintetizar nanopartículas, mediante procesos enzimáticos. Recientemente, los métodos biológicos de síntesis de nanopartículas se utilizan como alternativa a los métodos clásicos, debido a las ventajas que ofrecen.
MICROSCOPIOS DE SONDAS DE BARRIDO
Los primeros microscopios que aparecieron fueron los ópticos, desde las lupas ordinarias hasta una serie de lentas compuestas. Si el tamaño del objeto es menor que la longitud de onda de la luz visible (400 a 700 nm), no se puede observar con un microscopio óptico. Es capaz de producir imágenes de alta resolución de la superficie de una muestra mediante interacciones electrón-materia, utilizando un haz de electrones en lugar de un haz de luz.
A su vez, dentro de la familia de los micrófonos electrónicos de barrido, destacan en nanotecnología los micrófonos electrónicos de sonda de barrido (Scanning Probe Microscope, SPM), también llamados micrófonos electrónicos de sonda de barrido. La familia de microscopios SPM reúne un conjunto muy amplio de técnicas, todas las cuales basan su funcionamiento en medir la interacción entre una sonda o punta muy fina y una muestra, permitiendo que las propiedades locales de las superficies a estudiar con resolución atómica se conviertan en Los microscopios SPM constan de tres partes fundamentales: la sonda, el sistema de escaneo con mecanismo de retroalimentación y los controles electrónicos.
Estos tres componentes afectan la resolución espacial lograda y el tipo y magnitud de la interacción medida. STM permite la investigación de superficies eléctricamente conductoras por debajo de la escala atómica y AFM es particularmente útil para visualizar muestras biológicas. Los microscopios de fuerza atómica (AFM) y los microscopios de efecto túnel (STM) se pueden utilizar para examinar superficies y mover átomos.
Microscopio de efecto túnel
La microscopía de sonda lineal es una técnica importante para la caracterización y síntesis de nanomateriales. Al diseñar diferentes puntas para estos microscopios, se pueden utilizar para grabar estructuras en superficies o para guiar el autoensamblaje de estructuras. La punta de la sonda de escaneo también se puede utilizar para manipular nanoestructuras (un proceso conocido como ensamblaje posicional).
La corriente del túnel resultante es función de la posición de la punta, el voltaje aplicado y la densidad local de estados de la muestra. Luego, la información se obtiene monitoreando la corriente mientras la posición de la punta se escanea a través de la superficie y se muestra como una imagen. Este microscopio no tiene lente y permite observar imágenes de estructuras superficiales en el espacio real, en tres dimensiones y con resolución atómica.
Microscopio de fuerza atómica
La nanotecnología promete soluciones a varios problemas que enfrenta actualmente la humanidad, como los ambientales, ecológicos o de salud. Es una disciplina relativamente joven, y forma parte del conjunto de la nueva generación de tecnologías innovadoras, a veces llamadas. La adquisición de materiales inteligentes con propiedades asombrosas, junto con la producción de nanomáquinas para construir átomos y moléculas bajo demanda, abre un sinfín de oportunidades de mejora y evolución en varios sectores de la industria y la sociedad.
La nanotecnología abarca un campo de investigación muy amplio y su ámbito de aplicación aún se está consolidando. La nanotecnología es un mercado en auge que ya se utiliza hoy en día en muchas tecnologías y productos de consumo en sectores como la agricultura y ganadería, la alimentación, la cosmética, la defensa, la energía, la medicina y la farmacología, el medio ambiente, las tecnologías de la información y las comunicaciones, el textil, el transporte, los revestimientos y los materiales. etc.
MEDICINA
Las operaciones de nanocirugía se pueden realizar con nanobots programados o dirigidos, y el envejecimiento y la senilidad se pueden combatir y retrasar a nivel molecular. Los nanobots pueden incluso alojarse en el cerebro para aumentar la memoria y la capacidad de razonamiento, o para conectar nuestro sistema nervioso a una red de conocimientos accesible instantáneamente. La biotecnología, que consiste en la aplicación de soluciones tecnológicas a problemas biológicos, permite la modificación del ADN para la reprogramación genética, eliminando genes portadores de enfermedades congénitas.
TEXTIL
Se basan en el cambio de fase de materiales microencapsulados, que actúan como termostatos.
ENERGÍA
MEDIO AMBIENTE
ALIMENTACIÓN
TECNOLOGÍAS DE INFORMACIÓN Y COMUNICACIONES
Los nanotubos de carbono son casi capaces de sustituir al silicio como material para fabricar nanochips y dispositivos más pequeños, más rápidos y más eficientes, así como nanocables cuánticos más ligeros, más conductores y más fuertes. Los nanochips también se utilizan como sensores en ropa y electrónica de consumo, así como en la propia piel. Uno de los agentes utilizados para ello es el grafeno, que presenta excelentes propiedades ópticas, eléctricas, térmicas y mecánicas. Se trata de un nanomaterial bidimensional, de 1 átomo de carbono de espesor, que ha revolucionado la investigación de materiales.
Para ello se utiliza una lámina de grafeno sobre un material polimérico, de manera que se consigue una refrigeración efectiva del dispositivo. Un material aún más duro que el grafeno es el borofeno, descubierto en 2015, que consiste en un gas caliente de átomos de boro condensados sobre una superficie fría de plata.
TRANSPORTE
AGRICULTURA Y GANADERÍA
INGENIERÍA DE MATERIALES
PRODUCTOS DE CONSUMO
Estas mismas nanopartículas se utilizan en envases de alimentos para reducir la exposición a la radiación ultravioleta y prolongar su vida útil. Estos sistemas de tratamiento de agua portátiles y rentables son ideales para mejorar la calidad del agua potable en los países emergentes. La nanotecnología tiene un abanico muy amplio de beneficios y aplicaciones, abriendo un horizonte científico de posibilidades casi infinitas que repercutirá positivamente en todos los ámbitos de la sociedad.
Un uso incontrolado, erróneo o malicioso puede crear muchos problemas a la humanidad e incluso, en los escenarios más apocalípticos, acabar con la civilización. Para disfrutar de los grandes beneficios de la nanotecnología es imprescindible afrontar y resolver los riesgos.
RIESGOS PARA LA SALUD Y EL MEDIO AMBIENTE
Asimismo, las nanopartículas también pueden propagarse y persistir en el medio ambiente, con el consiguiente impacto en el medio ambiente, donde también existe un riesgo potencial de uso excesivo. Algunas de las nanopartículas, como las insolubles, pueden incluso permanecer en el organismo durante largos períodos de tiempo. En algunos casos, la inhalación de nanopartículas se produce diariamente, como las nanopartículas que se encuentran en el aire provenientes del humo de los motores diésel (la principal fuente de nanopartículas en las zonas urbanas).
Además, todavía hay muy poca información sobre el comportamiento de las nanopartículas en el cuerpo humano y su impacto en el medio ambiente. Existen muchas lagunas en el conocimiento sobre los riesgos y efectos de los nanomateriales en la salud y el medio ambiente. Por ejemplo, sobre el punto específico (tamaño) en el que las propiedades normales dan paso a nuevas propiedades materiales, así como sobre la interacción de las nanoestructuras con el entorno natural.
El medio ambiente puede verse afectado por nanopartículas en suspensión (transmitidas por el aire) o en deposición (por la lluvia). Al evaluar los riesgos derivados de las nanopartículas o de los productos que las incorporan, es necesario determinar claramente sus propiedades físicas y químicas, el uso previsto, la cantidad que se producirá, los escenarios probables de exposición y la capacidad de acumulación en el cuerpo y en el medio ambiente. . Por ejemplo, en relación al comportamiento de las nanopartículas en el cuerpo y en el medio ambiente, así como a la exposición a dichas nanopartículas.
EFECTOS ECONÓMICOS, POLÍTICOS Y SOCIALES
