Introducción a la

NanotecnologíaManuel García-Viñó Sánchez 2009

Nanotecnología

La nanotecnología consiste en la fabricación de materiales, estructuras, dispositivos y sistemas funcionales a través del control y ensamblado de la materia a la escala del nanómetro.

Es el resultado de la aplicación práctica de los descubrimientos de la nanociencia.

Nanotecnología

La nanociencia se realiza en laboratorios de investigación, en los que se busca o prueba una capacidad o una ley de la naturaleza.

La nanotecnología parte de los conocimientos básicos establecidos por la ciencia para construir un dispositivo o aparato que tenga una utilidad determinada. Se lleva a cabo normalemnte en empresas o centros tecnológicos.

Nanotecnología

Primero se hace un descubrimiento científico y años después (o a veces nunca) se explota la tecnología derivada del mismo.

La nueva tecnología proporciona herramientas nuevas a los científicos con las que pueden estudiar nuevos conceptos y avanzar en la ciencia, lo cual conduce a nuevos avances tecnológicos.

El prefijo nano se emplea en el SI de unidades para indicar un factor de 10-9

Nanoescala

Un nanómetro equivale a 10-9 metros ...

Nanoescala

… o, lo que es lo mismo, 10-6 milímetros

Nanoescala

Un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro

Nanoescala

Nanoescala

El grosor de un cabello humano es de 80.000 nm

Nanoescala

Nanocable de sílice 50 nm

Richard Feynman(Nueva York 1908 – California 1988)

Se licenció en el MIT en 1939

Participó en el proyecto Manhattan

Desarolló la mayor parte de su carrera científica en Caltech

Premio Nobel de Física en 1965

Su conferencia “There is plenty of room at the bottom”, pronunciada en Caltech en 1959, puso los pilares a lo que más adelante se denominó nanotecnología

Richard Feynman(Nueva York 1908 – California 1988)

“Me gustaría describir un campo en el cual muy poco ha sido hecho hasta el momento, pero en el que, en principio, una gran cantidad de cosas pueden hacerse. Más aún, lo más importante es que podría tener un gran número de aplicaciones técnicas. De lo que quiero hablar es del problema de manipular y controlar objetos a muy pequeña escala”

Transcripción completa del discurso en http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.html

Richard Feynman(Nueva York 1908 – California 1988)

“En el mundo de lo muy, muy pequeño, muchas cosas nuevas podrán suceder, porque los átomos se comportan de manera distinta a como lo hacen los objetos a mayor escala, pues deben satisfacer las leyes de la mecánica cuántica. Si nos reducimos y comenzamos a juguetear con los átomos allá abajo, estaremos sometidos a unas leyes diferentes, y podremos hacer cosas diferentes. A nivel atómico, aparecen nuevos tipos de fuerzas, nuevas posibilidades, nuevos efectos”

La naturaleza como modelo“Un sistema biológico puede llegar a ser extremadamente pequeño. La mayor parte de las células son diminutas, pero a la vez muy activas: producen numerosas sustancias, se mueven, se contonean, realizan todo tipo de cosas maravillosas y todo en una escala muy pequeña. También son capaces de almacenar información. Consideremos la posibilidad de que nosotros también pudiésemos construir un objeto extremadamente pequeño capaz de realizar las funciones que nosotros deseemos”.

¿Es posible manipular los átomos?

En 1981 G.Binning y H. Rohrer inventaron el microscopio de efecto túnel (STM).

Binning y Rohrer recibieron el Nobel en 1986.

El microscopio de efecto túnel es capaz no sólo de ver la materia a escala nanométrica, sino también de interaccionar con ella, lo que ha permitido que muchas de las ideas de Feynman pudiesen ponerse en práctica.

¿Es posible manipular los átomos?

Imagen obtenida a finales de los 80 que muestra átomos de xenón dispuestos individualmente sobre una superficie de cinc.

En 1965, un ingeniero llamado G. Moore estableció que la densidad de transistores en un dispositivo de estado sólido se doblaría cada 18 meses.

Ley de Moore

¿Cuál será el límite?

¿Cuál será el límite?

¡Eh! Toma

¿Cuál será el límite?

Nanomateriales

Nanomateriales

Materiales con propiedades mecánicas, ópticas o eléctricas diferentes a los actuales.

Materiales nanoporosos para filtrar sustancias nocivas o para actuar como catalizadores.

Plásticos transparentes tan resistentes como el acero.

Materiales para elaborar baterías alcalinas y células de combustible.

Etc.

Nanomateriales

Nanotubos de C

Grafeno

Propiedades eléctricas y mecánicas sorprendentes.

Muy estables térmicamente.

Aplicaciones Supercondensadores

Almacenamiento de hidrógeno

Células solares

Transistores

Memorias

Construcción de partes de automóviles y aviones

Adsorbentes …

Nanomateriales

Nanotubos de C

Grafeno

Fulereno C60

Nanomateriales

Los fulerenos pueden llegar a ser el sustituto del silicio en los dispositivos

electrónicos del futuro

Nanoelectrónica

Nanoelectrónica

Dispositivos electrónicos cada vez más diminutos y potentes.

Aumento de la capacidad de almacenamiento.

Pantallas táctiles ultradelgadas, flexibles y enrollables.

Etc.

Nanobiotecnología / Biomedicina

Nanobiotecnología / BiomedicinaBiosensores que midan en tiempo real la

concentración de determinadas sustancias.

Liberación controlada de fármacos.

Sistemas de esterilización de agua basados en nanofibras.

Prótesis más resistentes y biocompatibles.

Nanosensores para detectar las condiciones del suelo agrícola.

Envases de alimentos más ligeros, aislantes y protectores.

Etc.

Instrumentación

Instrumentación

Desarrollo de nueva instrumentación para trabajar más eficientemente en la nanoescala.

Sensores y actuadores

Nanosensores para obtener información detallada a escala nanométrica o para la medición de contaminantes, por ejemplo.

Nanoactuadores que realicen acciones concretas cuando se necesiten (abrir una cápsula que contiene un medicamento, por ejemplo).

Sensores y actuadores

Los ciclos de Schumpeter

Durante los últimos 250 años se puede decir que los procesos de innovación en las industrias no han surgido de forma aleatoria o esporádica. Al contrario, las innovaciones parecen agruparse en oleadas en las que se propicia la convergencia entre tecnologías. Posteriormente, el ritmo al que nuevas innovaciones aparecen decrece hasta la llegada de una nueva oleada.

Los ciclos de Schumpeter

En este momento estamos asistiendo a la convergencia de cuatro áreas del conocimiento: la Nanotecnología, la Biotecnología, las tecnologías de la Información y las telecomunicaciones y las ciencias del conocimiento y neurociencias. Esta convergencia nano-bio-info-cogno (NBIC) será responsable de un nuevo impulso en la industria y la economía.

Impactos

Cada oleada científico-técnica ha dejado tras de sí un evidente rastro de progreso. Sin embargo, si miramos hacia atrás también podemos identificar algunos impactos negativos: la sobreexplotación de recursos, los daños medioambientales, la desigualdad social, el desequilibrio regional, la masificación de las ciudades, la construcción de armamento de mayor capacidad destructiva, etcétera.

¿Es peligrosa la nanotecnología?

¿Es peligrosa la nanotecnología?

Las mismas propiedades que hacen atractiva la nanotecnología la pueden volver peligrosa, y el comportamiento de éstas es difícil de prever

¿Es peligrosa la nanotecnología?

Existe el temor de que los productos nanotecnológicos puedan suponer riesgos para el medio ambiente y para la salud de las personas.

También se teme por los desequilibrios sociales y económicos que podría provocar la rápida implantación de estos nuevos productos.

¿Es peligrosa la nanotecnología?

Estos temores son consecuencia de que el rapidísimo avance en estos campos excede la capacidad de los reguladores de evaluar el impacto humano y ambiental.

Debemos exigir que antes de extender su uso se hagan las investigaciones necesarias que demuestren que los beneficios potenciales superan a los riesgos potenciales.