Nanotecnología
La nanotecnología es una parte de la ciencia y la tecnología que trata del control de la materia a escala atómica y molecular, es decir, de cosas que tienen unos 100 nanómetros de diámetro.
La nanotecnología incluye la fabricación de productos que utilizan piezas así de pequeñas, como dispositivos electrónicos, catalizadores, sensores, etc. Para que se haga una idea de lo pequeño que es, hay más nanómetros en una pulgada que pulgadas en 400 millas.
Para dar una idea internacional de lo pequeño que es, hay tantos nanómetros en un centímetro, como centímetros en 100 kilómetros.
La nanotecnología reúne a científicos e ingenieros de muchas disciplinas diferentes, como la física aplicada, la ciencia de los materiales, la ciencia de las interfaces y los coloides, la física de los dispositivos, la química, la química supramolecular (que se refiere al área de la química que se centra en las interacciones de enlace no covalente de las moléculas), las máquinas autorreplicantes y la robótica, la ingeniería química, la ingeniería mecánica, la biología, la ingeniería biológica y la ingeniería eléctrica.
Por lo general, cuando se habla de nanotecnología, se hace referencia a estructuras del tamaño de 100 nanómetros o menos. Hay un millón de nanómetros en un milímetro. La nanotecnología trata de hacer materiales o máquinas de ese tamaño.
En el campo de la nanotecnología se realizan muchos tipos de trabajos diferentes. La mayoría de los trabajos actuales se centran en la fabricación de nanopartículas (partículas de tamaño nanométrico) con propiedades especiales, como la forma en que dispersan la luz, absorben los rayos X, transportan la corriente eléctrica o el calor, etc. En el extremo más "científico" del campo están los intentos de hacer pequeñas copias de máquinas más grandes o ideas realmente nuevas para estructuras que se fabrican a sí mismas. Es posible crear nuevos materiales con estructuras de tamaño nanométrico. Incluso es posible trabajar con átomos individuales.
Se ha debatido mucho sobre el futuro de la nanotecnología y sus peligros. La nanotecnología puede ser capaz de inventar nuevos materiales e instrumentos que serían muy útiles, como en la medicina, la informática y la fabricación de electricidad limpia (sistemas nanoelectromecánicos) está ayudando a diseñar la próxima generación de paneles solares, y la iluminación eficiente de bajo consumo). Por otro lado, la nanotecnología es nueva y podría haber problemas desconocidos. Por ejemplo, si los materiales son malos para la salud de las personas o para la naturaleza. Pueden tener un efecto negativo en la economía o incluso en grandes sistemas naturales como la propia Tierra. Algunos grupos defienden que debería haber normas sobre el uso de la nanotecnología.
Geometrías típicas de nanoestructuras.
El inicio de la nanotecnología
Las ideas de la nanotecnología se utilizaron por primera vez en la charla "There's Plenty of Room at the Bottom" (Hay mucho espacio en el fondo), que el científico Richard Feynman pronunció en una reunión de la American Physical Society en Caltech el 29 de diciembre de 1959. Feynman describió una forma de mover átomos individuales para construir instrumentos más pequeños y operar a esa escala. Propiedades como la tensión superficial y la fuerza de Van der Wall cobrarían gran importancia.
La sencilla idea de Feynman parecía posible. La palabra "nanotecnología" fue explicada por el profesor de la Universidad de Ciencias de Tokio Norio Taniguchi en un artículo de 1974. Dijo que la nanotecnología era el trabajo de cambiar los materiales por un átomo o por una molécula. En los años 80, esta idea fue estudiada por el Dr. K. Eric Drexler, que habló y escribió sobre la importancia de los acontecimientos a nanoescala . "Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology" (1986) se considera el libro más importante sobre nanotecnología. La nanotecnología y la nanociencia se iniciaron con dos acontecimientos clave: el comienzo de la ciencia de los racimos y la invención del microscopio de barrido en túnel (STM). Poco después se descubrieron nuevas moléculas con carbono: primero los fullerenos en 1986 y los nanotubos de carbono unos años más tarde. En otro avance, se estudió cómo fabricar nanocristales semiconductores. Muchas nanopartículas de óxido metálico se utilizan ahora como puntos cuánticos (nanopartículas en las que el comportamiento de los electrones individuales cobra importancia). En el año 2000, la Iniciativa Nacional de Nanotecnología de Estados Unidos comenzó a desarrollar la ciencia en este campo.
Hechos
La nanotecnología cuenta con nanomateriales que pueden clasificarse en nanopartículas de una, dos y tres dimensiones. Esta clasificación se basa en las diferentes propiedades que poseen, como la dispersión de la luz, la absorción de los rayos X, el transporte de la corriente eléctrica o el calor. La nanotecnología tiene un carácter multidisciplinar que afecta a múltiples tecnologías tradicionales y a diferentes disciplinas científicas. Se pueden fabricar nuevos materiales a escala incluso atómica.
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- Un nanómetro (nm) equivale a 10−9o 0,000,000,001 metros.
- Cuando dos átomos de carbono se unen para formar una molécula, la distancia entre ellos es del orden de 0,12-0,15 nm.
- La doble hélice del ADN mide unos 2 nm de un lado a otro. Se desarrolla en un nuevo campo de la nanotecnología del ADN. En el futuro, el ADN puede ser manipulado, lo que puede conducir a una nueva revolución. El genoma humano puede ser manipulado según las necesidades.
- Un nanómetro y un metro pueden entenderse como la misma diferencia de tamaño entre la pelota de golf y la Tierra.
- Un nanómetro es aproximadamente una veinticinco milésima parte del diámetro de un cabello humano.
- Las uñas crecen un nanómetro por segundo.
Características físicas del nanomaterial
A escala nanométrica, las propiedades físicas del sistema o de las partículas cambian sustancialmente. Propiedades físicas como los efectos de tamaño cuántico, en los que los electrones se mueven de forma diferente para tamaños de partícula muy pequeños. Propiedades como las mecánicas, eléctricas y ópticas cambian cuando el sistema macroscópico se convierte en microscópico, lo cual es de suma importancia.
Los nanomateriales y las partículas pueden actuar como catalizadores para aumentar la velocidad de reacción y producir un mayor rendimiento en comparación con otros catalizadores. Algunas de las propiedades más interesantes cuando las partículas se convierten en nanoescala son que las sustancias que normalmente detienen la luz se vuelven transparentes (cobre); se hace posible quemar algunos materiales (aluminio); los sólidos se convierten en líquidos a temperatura ambiente (oro); los aislantes se convierten en conductores (silicio). Un material como el oro, que no reacciona con otras sustancias químicas a escala normal, puede ser un potente catalizador químico a nanoescala. Estas propiedades especiales que sólo podemos ver a nanoescala son una de las cosas más interesantes de la nanotecnología.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la nanotecnología?
R: La nanotecnología es una parte de la ciencia y la tecnología sobre el control de la materia a escala atómica y molecular, que incluye la fabricación de productos que utilizan piezas así de pequeñas, como dispositivos electrónicos, catalizadores, sensores, etc.
P: ¿Cómo de pequeños son los nanómetros?
R: Los nanómetros son increíblemente pequeños: hay más nanómetros en una pulgada que pulgadas en 400 millas. Para dar una idea internacional de lo pequeño que es eso, hay tantos nanómetros en un centímetro, como centímetros en 100 kilómetros.
P: ¿Qué tipo de trabajo realiza la gente en el campo de la nanotecnología?
R: Las personas que trabajan en el campo de la nanotecnología intentan fabricar nanopartículas (partículas con un tamaño nanométrico) que tengan propiedades especiales como dispersar la luz o absorber los rayos X. También intentan hacer pequeñas copias de máquinas más grandes o ideas realmente nuevas para estructuras que se fabrican a sí mismas. Se pueden fabricar nuevos materiales con estructuras de tamaño nanométrico e incluso es posible trabajar con átomos individuales.
P: ¿Qué aplicaciones potenciales tiene la nanotecnología?
R: La nanotecnología tiene aplicaciones potenciales en muchos campos diferentes, como la medicina, la informática y la producción de electricidad limpia (sistemas nanoelectromecánicos). También podría ayudar a diseñar paneles solares de nueva generación e iluminación eficiente de bajo consumo.
P: ¿Existen riesgos asociados al uso de la nanotecnología?
R: Podría haber problemas desconocidos asociados al uso de la nanotecnología, como si los materiales utilizados fueran malos para la salud de las personas o para la naturaleza. Podrían tener un mal efecto en la economía o incluso en grandes sistemas naturales como la propia Tierra, por lo que algunos grupos defienden que deberían establecerse normas sobre su uso.
P: ¿Qué tipo de científicos estudian la nanotecnología?
R: Los científicos que estudian la nanotecnología proceden de muchas disciplinas diferentes, como la física aplicada, la ciencia de materiales, la ciencia de interfaces y coloides, la física de dispositivos, la química supramolecular las máquinas autorreplicantes y la robótica la ingeniería química la ingeniería mecánica la biología la ingeniería biológica la ingeniería eléctrica, etc.
