¿Es posible escribir los 24 tomos de la Enciclopedia
Británica en la cabeza de un alfiler?
Richard Phillips Feynman
CALIFORNIA 1959
“ Hay sitio de sobra en el fondo “
NANOTECNOLOGIA
JAISSON JAFFET MENDOZA URIBE
CODIGO: 07141051
UNIDADES TECNOLOGICAS DE SANTANDER
FISICA II
BUCARAMANGA
2009
Introducción a la Nanotecnología
Lananotecnologíaeslamanipulacióndelamateriaaescaladelnanómetro(lamillonésima
partedeunmilímetro),esdecir,aescaladeátomosymoléculas.
Aesaescala,lamateriapuedecambiarsuspropiedadesfísicasyquímicas,porejemploel
color,laconductividadeléctrica,laresistencia.Enestaperspectivaseborraellímiteentrelo
vivoylonovivo:todotieneátomos.
Susmásdestacadosproponentesprometenqueestatecnologíanosvaaliberardecasitodos
losmales:terminaríaconlacontaminaciónambientalylaescasezderecursos(todopodríaser
construidoapartirdeátomosyaexistentes)y,portanto,conlapobreza;encontraríalacuraa
lasenfermedadesylamejorformadeadministrarlaalorganismo;prolongaríalavidacon
nanorrobots que diagnosticarían enfermedades
Elañopasado,elmercadomundialdeproductosnanotecnológicosteníaunvalorde45mil
millonesdedólaresanuales-segúnestimacionesdelaNanoBusinessAlliance-producidospor
másdeuncentenardeempresas,entreellasDuPont,IBM,Hewlett-
Packard,Toyota,Mitshubishi,L'OrealyBASF.Incluyelafabricacióndenanotubosdecarbono
ynanopartículasdedecenasdeelementosquesonutilizadasenlasindustriasdela
construcción,lafarmacéutica,lacosmética,laalimentaciónylaagricultura.Además,existe
copiosainvestigaciónenaplicacionesmilitaresydevigilanciaporpartedelejércitoyla
armadadeEstadosUnidos.
JUSTIFICACION
Lananotecnologíaesuncampodelascienciasaplicadasquenosbrindaragrandes
beneficiosporestodebemosconocertodassusaplicacionesyposiblesusos
yconestainvestigaciónsepretendesabermassobreesterevolucionariaciencia
que estoy seguro que cambiara nuestras vidas ya que esta abarca todos los campos y
porestoesdevitalimportanciaserconocedoresdeunodelosmás
"innovadoresyambiciosos"proyectosdelacienciamoderna,lananotecnología.
OBJETIVOS
Tomar conciencia de las dimensiones "pequeñas" del nuestro mundo.
Entender qué es la Nanotecnología.
Dar a conocer los cambios que la Nanotecnología puede impulsar en la sociedad.
Tener referencia de los que están investigando en ese campo a nuestro alrededor.
TABLA DE CONTENIDO
Introducción a la Nanotecnología
Justificación
Objetivos
1.Conceptos 7-8-9
2.Acontecimientos de la Nanotecnología 10
3.Ramas de Nanotecnología 11
3.1 La nanotecnología seca. 12
3.2 La nanotecnología Húmeda. 13
3.3 La nanotecnología Computacional. 14
3.4 Nanotecnología seca y húmeda 15
4. Los Nanotubos 16
4.1 propiedades nanotubos 17-18
4.2 Aplicaciones nanotubos 19-22
5. Producción de Nanotubos de Carbono 23
5.1 Vaporización por pulsos de láser (PLV) 24
5.2 Descarga de arco o arco de carbono 25
5.3 Deposición de vapor químico (CVD) 26-27
6. Potenciales aplicaciones de la Nanotecnología 28-39
7.Riesgos de la Nanotecnología 40-43
8. Nanotecnologia en Colombia 44-45
9. Conclusiones 46
10. Glosario de términos 47-49
11. Anexos 50
12. Bibliografía 51
1.NANOMETRO
• ¿Cuánto mide un nanometro?
–10 elevado a -9.
• Esto es: 1 nanometro = 0,000000001 metros.
• Un nanometro es la mil millonésima parte de un
metro, o millonésima parte de un milímetro.
1 milímetro = 1.000.000 nanometros.
3. Ramas de Nanotecnología
En esta tecnología reciente hay tres ramas que fueron
propuestos
por el premio Nobel "LAUREATE RICHARD
SMALLEY", las cuales son:
La nanotecnología seca.
La nanotecnología Húmeda.
La nanotecnología Computacional.
3.1Lananotecnologíaseca
•Eslatecnologíaquesededicaalafabricaciónde
estructurasencarbón,Silicio,materiales
inorgánicos,metalesysemiconductores.
•También está presente en la
electrónica,magnetismoydispositivosópticos.
•Autoensamblajecontroladoporcomputadora.
•Estambiénconfundidaconlamicro
miniaturización
3.2 La nanotecnología Húmeda
•Estatecnologíasebasaensistemas
biológicosqueexistenenunentorno
acuoso incluyendo material
genético,membranas,encimasyotros
componentescelulares.
•Tambiénsebasanenorganismosvivientes
cuyasformas,funcionesyevolución,son
gobernadosporlasinteraccionesde
estructurasdeescalasmanométricas.
3.3 La nanotecnología Computacional
•Conestaramasepuedetrabajarenel
modeladoysimulacióndeunasestructuras
complejasdeescalamanométrica.
•Sepuedemanipularátomosutilizandolos
nanomanipuladorescontroladospor
computadoras.
PROPIEDADES DE LOS NANOTUBOS
PROPIEDAD NANOTUBOS EN CONPARACION
TAMAÑO 0,6 a 1,8nm diámetro
La litografía por haz electrónico puede
crear líneas de 50nm de ancho por 7nm
de espesor.
DENSIDAD 1,33 a 1,44g/cm
3
El aluminio: 2,7g/cm
3
RESISTENCIA A LA TRACCION 45x10
9
pascal
Aleaciones de acero de alta resistencia
< 2x10
9
pascal
ELASTICIDAD
Se pueden doblar hasta grandes
ángulos y recuperarse sin sufrir daño.
Los metales y las fibras de carbono se
rompen o no recuperan su forma
original tan rápidamente.
4.1
5. Producciónde Nanotubos de Carbono
•Vaporización por pulsos de láser (PLV)
•Descarga de arco o arco de carbono
•Deposición de vapor químico (CVD)
5.1 ProducciónI
Vaporización por pulsos láser
(PLV)
•Objetivo de grafito con un .5% atómico de Ni y/o Co
•~500 Torr Ar fluyendo por un tubo de cuarzo
•En un horno a ~1000 C
•Láser de pulsos de Nd:YAG (Neodymium: Yttrium-Aluminum-Garnet )a 60Hz
•Mayor pureza pero escasa producción (~0.4 gramos/hora)
•Desarrollado por el grupo JSC de la NASA establecido en las instalaciones de la
Universidad Rice (1995)
5.2 ProducciónII
Descarga de arco o arco de carbono
•El primer método disponible (1992)
•Un arco eléctrico vaporiza un ánodo de carbon que contiene
los catalizadores (Ni y Co)
•Atmósfera de 500 Torr de He, Corriente: 100 amp y 35 volts
•La cámara es enfriada usando agua
•Los nanotubos se forman en las murallas interiores de la cámara
•Desarrollado por un grupo en la Universidad de Monpellier
5.3 ProducciónIII
Deposición de vapor químico (CVD)
Idea: precubrir el substrato con un catalizador y hacer crecer nanotubos
en ellos por medio de CVD
Paso clave: depositar el catalizador en lugares predefinidos
Ventaja: crecimiento selectivo, podemos hacer crecer nanotubos en el
lugar que queramos
Desarrollado por el grupo Xie en China en 1996
Usa hidrocarbonos como fuente
Producción III:
Pasos del CVD
Se deposita el catalizador
sobre el sustrato
Se deja entrar gas
hidrocarbónico a la cámara
CVD crecimiento de
nanotubos de carbon en el
catalizador
6. POTENCIALES APLICACIONES EN
INFORMATICA
•Proyecto de la NASA de almacenamiento de
datos de alta densidad
•10
15
bytes por cm
2
•Una sonda de nitrógeno al final de un tubo de
carbón en un microscopio
de fuerza atómica
UN LASER DE MATERIA
•Laserqueemiteunhazconstantedeondasmateriaen
vezdeluz
•Seemplearaparadepositarensuperficiescongran
precisión,
•permitiendolacreaciónde
pequeñísimasnanoestructuras
•Posibilitaranlacreaciónderelojesatómicosdegran
precisión
•muyexactosparasistemas
Denavegaciónycomunicaciones
ESFERAS MILAGROSAS
Su diámetro va de 2 a 50 nanómetros
Podrán adsorber sustancias orgánicas e inorgánicas
y liberar sus
Contenidos en función de sus necesidades
Película sobre chips de silicio que necesiten que
almacene menos calor
Protección de objetos delicados y peligrosos gracias
a su porosidad
Nanoengranajes
•Se fabrican sobre la base de nanotubos de
pared única.
•Las moléculas de bencina pueden “adherirse al
nanotubo” constituyendo el nanoengranaje.
Potenciales aplicaciones médicas
•Máquinas moleculares y computadoras de tamaño
subcelular.
Servir como un sistema autoinmune potenciado.
•Buscar y destruir virus, colesterol, excesos de
grasa, células cancerígenas y marcadores genéticos.
•Eliminar la necesidad de cirugía.
•Borrar los procesos de envejecimiento.
Potenciales aplicaciones militares no compartidas
•Dispositivos inteligentes demasiado pequeños para
ser descubiertos.
•Armas biológicas/químicas computarizadas.
•Armas suficientemente “inteligentes” para matar sólo
a los soldados y no a personas inocentes.
•Escudos de defensa activos.
Potenciales aplicaciones espaciales
•Bases de lanzamiento de gran altitud (baja
gravedad).
•Vehículos y estaciones espaciales livianas y
superresistentes.
•Naves con velas propulsoras posibilitarán los viajes
interestelares (probablemente no para individuos
pero sí para generaciones).
Riesgos de la Nanotecnología
• Desequilibrio social por nuevos productos o formas de vida, aparatos
médicos se podrían integrar en jeringuillas más finas que un bacterium, tal
vez permitiendo la modificación o estimulación fácil del cerebro, con
efectos parecidos a cualquiera de una variedad de psicoactivos.
• La capacidad de fabricar productos ilegales utilizando fábricas personales
podría desequilibrar la sociedad y dar entrada a una normativa
excesivamente rígida sobre la tecnología. Nuevas estilos de vida hechos
posibles por las nanotecnología también podrían causar desequilibrios
sociales. Mientras que la demanda por los productos ilegales ya existe, los
estilos de vida cambian a lo largo de los años, así que el impacto sobre
éstos sería menos agudo. No obstante, algunas posibilidades de estilo de
vida (sobre todo en el ámbito de sexo, drogas, diversión y modificación del
cuerpo o genética) podrían molestar tanto a observadores que su mera
existencia podría causar desequilibrios.
Peseaquenoexisteunapolíticanacionalquefomenteeldesarrollodela
nanotecnologíaelpaísvieneincursionandoenesteavancedelacienciaconla
creaciónde20gruposydoscentrosdeinvestigación,unConsejoNacional,unaRed
deCooperaciónCientíficayunaempresadeapoyoparaestosdesarrollos.
Estecampocientíficomanipulalamateriaenunaescalade10alasmenosnueve,es
decir,aunamilmillonésimaparte.Setrabajaenespaciosdecenasdemilesdeveces
máspequeñasqueeldiámetrodeuncabello.Yaunqueestetemaparezcasacadode
lacienciaficciónoexclusivodepaísesendesarrollo,universidadesentodoelpaís
vienen trabajándolo.
Graciasalananotecnologíaesposiblequeloscomputadorestengaunaunidad
centraldeprocesoqueproporcioneelcontroldelasoperacionesdelcálculo,es
decir,lafuncionalidadquepermitequetodoslosdíassehagaunacartaenelPC,se
navegueenInternetoloscelularespuedanofrecerllamadas,músicayotros
servicios.
8. Colombia -Naciente interés por la nanotecnología en científicos colombianos
En medio de estas posibilidades para la industria y del contexto internacional “los países en vías de
desarrollo como Colombia, pese la complejidad que representa incursionar en la
nanotecnología, puede aprovechar distintas oportunidades para ingresar a investigar y competir
en este estadio de desarrollo tecnológico”, afirma Diego Fernando Zuluaga, profesional del
Programa Nacional de Electrónica.
Desarrollos concretos
Como lo informó LA REPUBLICA en una edición anterior ya hay resultados concretos en el uso de
esta tecnología en el país. Un ejemplo de ello es el avance en la regeneración de vasos sanguíneos
utilizando nanotecnología que hoy está ayudando a personas que no tenían esperanza con los
métodos y tratamientos tradicionales.
Así mismo el Centro de Ciencia y Tecnología Nanoescalar trabaja en un programa de Cáncer y en
áreas de investigación de nanopartículas para diagnóstico y tratamiento de esa enfermedad.
Los pioneros
Delos322investigadores,16cuentanconposdoctorado,78sondoctoresy64cuentancon
maestría.VíctorManuelSarriaMuñozyGuillermoAlbertoÁlvareztieneposdoctoradoytrabajan
enelGrupodeInvestigacióndeSólidosPorososyCalorimetría.Asímismo,hayregistros,según
cálculosdeColciencias,degruposdeinvestigaciónenmagnetismoeinteracciones
hiperfinas,nuevos materiales,procesos químicos catalíticosy
biotecnológicos,automática,robótica,óptica,tratamientodeseñalesycienciasdemateriales
avanzadosentreotros.
*Máquinasinmunes:Nanomáquinasmédicasdiseñadasparausointerno,sobretodoen
lasvíassanguíneasydigestivas,capacesdeidentificaryatacarbacteriasyvirus.
*Materialesinteligentes:Entérminosgenerales,unanuevageneracióndemateriales
derivadasdelananotecnología,cuyaspropiedadespuedensercontroladasycambiadas
apetición.Losmaterialesinteligentestienenlacapacidaddecambiarsucolor,forma,o
propiedadeselectrónicasenrespuestaacambiosoalteracionesdelmedioopruebas
(luz,sonido,temperatura,voltaje).Estosmaterialespodríanteneratributosmuy
potentes como la autoreparación.
*Nanobot,nanorobot,nanomáquinas:Tambiénllamadoalgunasveces
nanoagente,hacereferenciaaunaimaginariamáquinao"robotNano"deunaescalade
pocoscentenaresdenanómetrosconstruidoparatareasespecíficas.Sevisiona
nanobotscapacesdedestruircélulascancerígenas,recogerradicalesoreparareldaño
sufrido en los tejidos celulares.
*Nanocables:Unnanocableesuncablequeesunnanómetro(unamilésimapartede
milímetro)degrueso.Losnanocablessonusadoscomosemiconductores,diodos
emisoresdeluz(LEDs),dependiendodesucomposiciónquímica.
*Nano-célulassolaresPuedeserqueelsolsealaúnicafuenteconsuficientecapacidadpara
hacerquenoseamosdependientesdecombustiblesfósiles.Noobstante,atraparlaenergía
solarrequierecapassiliconasqueaumentanloscosteshasta10veceselcostedela
generación de energía tradicional.
*Nanomáquinas:Lananotecnologíaintentaminimizarlafabricaciónconunpotencial
ahorrodecostes,materiasprimas,energía,etc.Deaquíqueaparezcaunanuevageneración
demáquinassegúnsusátomos.Algunasdeestanuevageneracióndemáquinastendránun
granimpactopotencialenrelaciónconlasalud,prevencióndeenfermedades,etc.
*Nanomedicina:Unadelasvertientesmásprometedorasdentrodelospotencialesnuevos
avancestecnológicosenlamedicina.Podríamosaventurarunadefiniciónsituándolacomo
ramadelananotecnologíaquepermitiríalaposibilidaddecurarenfermedadesdesdedentro
del cuerpo y al nivel celular o molecular.
*Textronics:Serefiereanuevostejidosapartirdelareingenieríananoelectrónicacon
propiedadesasombrosas"tejidosinteligentes"quetendríanlahabilidaddecambiardecolor
oreaccionaralfríoocalor.
11. ANEXOS
DOCUMENTAL DISCOVERY CHANNEL
•I PARTE
•II PARTE
DOCUMENTAL ODISEA
•I PARTE
•II PARTE
•III PARTE
DOCUMENTAL UNIVERSIDAD NACIONAL DE MEXICO (UNAM)
•I PARTE
DOCUMENTAL TV DE ANDALUCIA ESPAÑA
•I PARTE
DOCUMENTAL NANOTECNOLOGIA
•I PARTE