ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES

ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES

TENDENCIAS DE NANOTECNOLOGIA:MATERIALES Y SUS CARACTERISTICAS

¿Qué es la nanotecnología?

La nanotecnología ha estado presente en la civilización desde la antigüedad y con el tiempo su difusión ha ido creciendo a pasos agigantados, particularmente a partir de los años 8O y manteniéndose hasta la fecha. Es cada vez más claro, que la nanotecnología tendrá un papel importante en el crecimiento de la economía, el desarrollo científico y tecnológico de este siglo, así como los primeros filósofos y científicos en exponer las ideas que hacen de la nanotecnología lo que hoy es y cómo ha ido creciendo a través del tiempo, para que hoy en día sea considerada una herramienta clave del futuro de la humanidad, debido a las inmensas posibilidades que presenta para un gran número de áreas de interés como la Biología, la Medicina, la industria automotriz y textil

¿Por qué es importante la caracterización de materiales para los nanomateriales?

Cuando se diseñan nuevos materiales para aplicaciones específicas, a menudo es crucial controlar la distribución del tamaño, la forma, las propiedades de la superficie, la dispersión y la estabilidad de agregación de las nanopartículas sintéticas, así como la composición elemental y nanocristalina del material. Por ejemplo, comprender la estructura cristalina y el comportamiento hidrodinámico de las nanopartículas de MOF es fundamental para garantizar que puedan recolectar y liberar iones de manera eficaz. Además, en aplicaciones de película delgada, el grosor, la rugosidad y las propiedades de capa de las nanopelículas también son parámetros críticos en la producción de dispositivos que emplean las propiedades especiales de capas enterradas "bidimensionales". Asimismo, para varias aplicaciones de nanopartículas sintéticas, las inquietudes potenciales sobre la nanotoxicidad y nanoseguridad han dado como resultado un número creciente de nanorregulaciones. Se requiere la caracterización para garantizar que se cumplan estas regulaciones.

• NANOBIOTECNOLOGÍA Y NANOMEDICINA Liberación de fármacos, ingeniería de tejidos, sintesis de fármacos, agentes de contraste, biosensores, implantes, nuevos alimentos... • NANOMATERIALES Automoción, catalizadores, membranas para desalación del agua, pilas de combustible, paneles solares, nuevas baterias, pinturas, materiales para la construcción... • NANOELECTRÓNICA Sistemas de almacenamiento masivo, espintrónica, fotónica, computación cuántica • SENSORES, ACTUADORES Y NUEVA INSTRUMENTACIÓN Automóviles, medio ambiente, electrónica de consumo, seguridad, medicina, análisis químico, control de calidad, nuevos microscopios, nanometrologia

Areas de aplicación de la nanotecnología

Los nanomateriales son materiales con dimensiones nanométrica, es decir, inferiores a 100 nanómetros. Se fabrican mediante nanotecnología y tienen propiedades físicas, químicas y biológicas diferentes a los materiales a granel. Características

• Pueden ser partículas, tubos o fibras
• Tienen una gran área superficial
• Pueden tener propiedades catalíticas, ópticas, de solubilidad, entre otras
• Se utilizan en muchos campos, como la electrónica, la cosmética, la salud, la informática, el textil y el medio ambiente

Evaluación de riesgos

• Se requiere una evaluación de riesgos especializada para determinar los riesgos para la salud y el medio ambiente
• Se debe considerar el tamaño de las partículas, la estabilidad, la reactividad química, entre otras
• Se pueden comparar con peligros conocidos, como las partículas finas transportadas por el aire
• Se pueden realizar pruebas con organismos vivos para mejorar el conocimiento de los riesgos

Materiales Nanoestructurados1. Nanopartículas Capa superficial Funcionalizada con moléculas pequeñas, iones metálicos, surfactantes o polímeros Capa de cubierta Se puede agregar intencionalmente y es químicamente diferente del núcleo Material del núcleo La porción central de las nanopartículas. Las nanopartículas pueden ser poliméricas, es decir, formadas por polímeros. Existen dos tipos de nanopartículas poliméricas: nanoesferas y nanocápsulas. Las nanopartículas se clasifican por su diámetro. Las partículas ultrafinas son las que tienen entre 1 y 100 nanómetros en tamaño. Las nanopartículas tienen aplicaciones potenciales en campos como: Biomédicos, Ópticos, Electrónicos, Nanoquímica, Agricultura, Cosmética, Electricidad. La ciencia que estudia y trabaja con las nanopartículas es la nanotecnología

Estructura tendencias de la nanotecnología

Materiales Nanoestructurados2. Nonatubos de carbono Los nanotubos de carbono son estructuras cilíndricas formadas por átomos de carbono que se enrollan como una hoja de grafeno. Estructura La estructura atómica de los nanotubos de carbono se define por los índices quirales (n, m). El vector quiral conecta dos átomos de carbono en el plano de grafeno. El nanotubo se forma enrollando la lámina para conectar estos átomos. Los nanotubos de carbono son una forma alotrópica del carbono, se forman a partir de fullerenos cilíndricos polimerizados.

Propiedades Tienen propiedades eléctricas, mecánicas y térmicas excelentes. Son sistemas ligeros, huecos y porosos. Tienen alta resistencia mecánica, alta resistencia a la tracción y una enorme elasticidad. Se comportan como aislantes, semiconductores o metálicos. AplicacionesSe emplean en la fabricación de transistores de efecto de campo. Se emplean como relleno en materiales compuestos modernos y cojinetes a nanoescala. Se emplean en la construcción, al ser más fuerte que el acero. Se emplean en el ámbito de la informática y el almacenamiento de información.

Nanolaminas Las nanoláminas son estructuras nanoestructuradas que consisten en láminas delgadas con espesores en el rango de nanómetros. Estas láminas pueden estar compuestas por diferentes materiales, como metales, cerámicos, polímeros. Capas delgadas: Las nanoláminas están compuestas por capas delgadas de materiales, como metales, cerámicos, polímeros, etc. Interfaces: Las interfaces entre las capas delgadas son fundamentales para determinar las propiedades de la nanolamina. Defectos: Los defectos en la estructura de la nanolamina, como vacancias o impurezas, pueden afectar sus propiedades.

Caracteristicas 1. Espesor controlado: Las nanoláminas tienen un espesor controlado en el rango de nanómetros. 2. Propiedades mecánicas mejoradas: Las nanoláminas pueden tener propiedades mecánicas mejoradas, como resistencia a la corrosión, dureza y resistencia a la fatiga. 3. Propiedades ópticas y eléctricas: Las nanoláminas pueden tener propiedades ópticas y eléctricas únicas, como la capacidad de absorber o reflejar la luz, o de conducir la electricidad. 4. Flexibilidad y maleabilidad: Las nanoláminas pueden ser flexibles y maleables, lo que les permite ser utilizadas en una variedad de aplicaciones. Aplicaciones 1. Electrónica: Las nanoláminas se utilizan en la fabricación de dispositivos electrónicos, como transistores, diodos y circuitos integrados. 2. Óptica: Las nanoláminas se utilizan en la fabricación de dispositivos ópticos, como lentes, espejos y filtros. 3. Biomedicina: Las nanoláminas se utilizan en la medicina para la entrega de fármacos, la imagen médica y la terapia contra el cáncer. 4. Energía: Las nanoláminas se utilizan en la generación y el almacenamiento de energía, como en las celdas solares y las baterías.

Nanocompuestos poliméricos

• Definición: Materiales que combinan polímeros con nanopartículas o nanotubos.
• Propiedades: Resistencia mecánica y térmica mejoradas, funcionalidades específicas.
• Aplicaciones: Industria automotriz, aeroespacial, embalajes.

Materiales híbridos orgánico-inorgánicos

• Definición: Materiales que combinan componentes orgánicos e inorgánicos.
• Propiedades: Propiedades ópticas, eléctricas y mecánicas mejoradas.
• Aplicaciones: Electrónica, óptica, biomedicina.

Materiales híbridhos y compuestos

Materiales biocompatiblesDefinición: Materiales que son compatibles con tejidos biológicos.Propiedades: Compatibilidad con tejidos biológicos, biodegradabilidad.Aplicaciones: Prótesis, implantes, dispositivos médicos. Materiales para liberación de fármacos Definición: Materiales que liberan fármacos de manera controlada. Propiedades: Liberación controlada de fármacos, biodegradabilidad.Aplicaciones: Tratamientos médicos, terapias personalizadas.

Materiales para aplicaciones biológicas y médicas

Materiales para energía solar

• Definición: Materiales que convierten la energía solar en energía eléctrica.
• Propiedades: Alta eficiencia de conversión de energía solar.
• Aplicaciones: Paneles solares, dispositivos de energía renovable.

Materiales para almacenamiento de energía

• Definición: Materiales que almacenan energía de manera eficiente.
• Propiedades: Alta capacidad de almacenamiento de energía.
• Aplicaciones: Baterías, supercondensadores, dispositivos de almacenamiento de energía.

Materiales para aplicaciones energéticas y ambientales

Nanofibras: Materiales con forma de fibra en la nanoescala, con alta resistencia y flexibilidad. Nanocables: Materiales con forma de cable en la nanoescala, con alta conductividad eléctrica y térmica. Grafeno: Una lámina de carbono de un átomo de espesor, con alta resistencia, flexibilidad y conductividad.

Tendencias y aplicaciones: Electrónica: Desarrollo de dispositivos más pequeños, rápidos y eficientes, como transistores y baterías. Energía: Desarrollo de nuevas fuentes de energía, como células solares y baterías de flujo. Biomedicina: Desarrollo de nuevos tratamientos y diagnósticos, como fármacos dirigidos y sensores biológicos. Construcción: Desarrollo de materiales más resistentes y duraderos, como nanopelículas y nanorecubrimientos. Industria aeroespacial: Desarrollo de materiales ligeros y resistentes para la fabricación de aeronaves y satélites.

Tendencias y aplicaciones: Industria textil: Desarrollo de tejidos con propiedades especiales, como impermeabilidad y resistencia al fuego. Industria cosmética: Desarrollo de productos con mayor eficacia y seguridad. Industria de la información y las telecomunicaciones (TIC´s): Desarrollo de dispositivos más pequeños y eficientes, como chips y microprocesadores. Industria de biotecnología: Desarrollo de nuevos productos y procesos, como la producción de biomasa y la modificación genética. Industria médica y farmacéutica: Desarrollo de nuevos tratamientos y diagnósticos, como fármacos dirigidos y sensores biológicos.