De l'edat de pedra a la nanotecnologia

34
UNITAT 8 DE L'EDAT DE PEDRA A LA NANOTECNOLOGIA

description

 

Transcript of De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Page 1: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

UNITAT 8

DE L'EDAT DE PEDRA A LA

NANOTECNOLOGIA

Page 2: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

8. De l'edat de pedra a la nanotecnologia

1. Els materials

2. Els materials més usats– Els metalls– Els polímers– Materials ceràmics– El paper

3. Nanotecnologia– Fonaments científics– Aplicacions– Nanotecnologia i societat

Page 3: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

1. Els materials

Els materials són les substàncies de les quals están fetes les coses. Es poden classificar de moltes maneres: naturals, artificials, elaborats, semielaborats....

Page 4: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Classificació dels materials

Page 5: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

• Després de la revolució industrial es va disparar el descobriment i l'ús de nous materials, degut a l'ús de les màquines que faciliten l'extracció i el processament i a les innovacions científiques i tecnològiques

• Els materials utilitzats per l'home han marcat d'una manera molt significativa les èpoques històriques, recordem:

– EDAT DE PEDRA: s'utilitzava per construccions, eines, armes...

– EDAT DE BRONZE (Cu+Sn): Dur i emmotllable

– EDAT DE FERRO: més localitzable que l'Sn.

Page 6: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

L'obtenció de matèries primeres a millorat molt a partir del segle XIX, degut a l'ús de tècniques molt sofisticades:

• Anàlisis geoquímics dels sediments, sòls i aigües

• Detecció de radioactivitat

• Ones sísmiques produïdes per explosions controlades

• Variacions locals del magnetisme

• Diferències de conductivitat elèctrica

• Senyals elèctriques d'alta freqüència

• Prospecció aèria amb satèl·lits.

Page 7: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

2. Els materials més usats

Metalls (i aliatges)Formen una estructura cristal·lina i els electrons formen un núvol de gran mobilitat que explica les seves propietats: dúctils, mal·leables i conductors de la calor i el corrent elèctric

Dos tipus: ferrosos i no ferrosos

METALLSPOLÍMERSCERÀMIQUESPAPER

Page 8: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Els metalls ferrososFERRO FOS, ACER, ACER INOXIDABLE.

Ferro fos és el nom d'un conjunt d'aliatges que contenen ferro i petites quantitats de carboni i silici. S'usen per màquines, ferrocarril, brides, tubs...Acer és l'aliatge de ferro i carboni. Baix cost i gran resistència i durada.Acer inoxidable conté a més Cr, que l'ajuda a resistir la corrosió.

Tots són molt resistents a la tracció i durs.

La corrosió és el principal problema dels metalls que contenen Fe, l'estat natural del qual és Fe2+. El 20% del Fe que es produeix és per substituir les pèrdues per corrosió.

Page 9: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Els metalls no ferrosos

En general tenen menys resistència a la tracció i menys duresa, encara que

són més resistents a la corrosió.

- Bronze: campanes

- Llautó . bijuteria

- Alumini: aeronàutica

- Coure: aparellatge elèctric

- Magnesi: aliatges

- Níquel: recobriments

- Plom: protector de radiacions

- Zinc: protecció d'acer

- Silici: microxips

- Titani: protesis

- Tantal: mòvils

Page 10: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Els polímers

Els polímers són substàncies orgàniques formades bàsicament per carboni i hidrogen, s'obtenen per la unió de molts monòmers (polimerització)

NATURALS: cotó, seda, llana, cautxú, proteïnes, àcids nuclèics...

SINTÊTICS: niló,poliester, PVC, plàstics, cautxús...La materia prima per fabricar-los és el petroli, carbó.

Page 11: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Aplicacions dels polímersAPLICACIONS MÈDIQUES: no produeixen rebuig en el cos humà. Pròtesis d'articulacions, empastaments, pell artificial, lents de contacte...

APLICACIONS INDUSTRIALS: connectors, interruptors, carcasses, canonades, portes, finestres, ampolles, electrodomèstics, eines, joguines, vidres de seguretat, adhesius, mànegues, corretges, pneumàtics, articles impermeables, calçat, tèxtil, materials especials: kevlar, neopré, licra, goretex...

El gran problema dels plàstics és que no són biodegradables i contribueixen a la contaminació mediambiental.

Page 12: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Materials ceràmicsEls materials ceràmics són compostos d’elementsmetàl·lics i no metàl·lics enllaçats de forma iònica i/ocovalent. Es fabriquen mitjançant tractament tèrmic. A partir d'argiles, feldespats, quars... •Són bons aïllants elèctrics i tèrmics.•Suporten temperatures de fusió altes.•Tenen bona estabilitat química. Resistència a la corrosió•Són durs i fràgils.APLICACIONSMedicina :ossos i dents, Energia nuclear: cel·les de combustible, Construcció, Indústria aerospacial...El vidre s'obté a 1500ºC, per fusió de sorra, carbonat sòdic i calcària, molt bon aïllant elèctric, transparent, inert químicament.

Page 13: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

El paperEl paper es va descobrir a la Xina, el segle II dC.

Amb la invenció de la impremta l la revolució industrial, la seva fabricació va passar de ser un procés artesanal a ser un procés industrial.

El seu futur està condicionat per la reducció de llibres, revistes i diaris, encara que degut a la generalització del ordinador domèstic i les impressores el seu consum ha augmentat considerablement. L'esperança per poder-ne reduir el consum és la constant evolució i millora en les pantalles electròniques (llibre digital,...)

En altres àmbits, el consum de paper tendeix a augmentar: mocadors, tovallons, paper higiènic...La matèria primera per la seva fabricació és la cel·lulosa que s'obté dels arbres. La tala indiscriminada dels arbres porta a la desforestació que té com a conseqüència la inestabilitat climàtica. Cal reciclar i utilitzar paper reciclat.

Page 14: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Què és? Bottom up Eines nanotecnològiques Aplicacions Nanotecnologia i societat

3. La nanotecnologia

Page 15: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Richard Feiynman és considerat el precursor de la nanotecnologia,pel seu discurs “There's plenty of room at the bottom” l'any 1959.És la ciència que pot realitzar-se amb objectes de tamany mill-millonèssim de metre. (10 -9)

Què és?

Page 16: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

El repte de la tecnologia actual és oferir més informació en menys espai:En 50 anys el volum dels equips de música s'ha reduït un milió de vegades:

Any 1950: disc de vinil (1 m3), Cassette magnètic (1 dm3), walkman (0,1 dm3), MP4 (1 cm3) any2000

Aquesta constant miniaturització té un límit degut a:

- augment de la relació superfície/volum- lleis macroscòpiques són diferents a les lleis atòmiques (física quàntica)- dificultat de manipulació

PER AIXÒ BOTTOM UP EN LLOC DE TOP DOWN.

Per què nanotecnologia?

Page 17: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Per “fabricar” un altre Frankestein per mètodes nanotecnològics,

75 12 cèl·lules 2,5 . 1027 àtoms

Quan de temps faria falta?

Bottom-up

2,5.1027 .1h

3600 s.1dia24h

.1any365dies

=1,96. 1019 anys Edat de l ' univers : 13700 milions d ' anys=13,7 .1010 anys

7,96 1019anys

1,37. 1010 anys (edat de l ' univers)≃6000milionsde vegades l ' edat de l ' univers

Moltes peces per unir i molt temps, la nanotecnologia intenta aconseguir reduir aquests temps.

Page 18: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Les eines nanotecnològiques

STM: Scanning Tunneling Microscopy, microscopi d'efecte túnel.1986.AFM: Atomic Force Microscope. 1989Altres: MFM (micoscopi de forces magnètiques), SNOM (de camp proper)

Les principals eines són els diferents tipus de microscopi, els sincrotrons...

Page 19: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Les eines nanotecnològiques

Page 20: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Les eines nanotecnològiques Aquests microscopis tan potents no tan sols ens permeten veure, també , també permeten manipular la matèria.

Page 21: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Aplicacions

Page 22: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Aplicacions

Segons OCDE, l'any 2015 un 15% de productes manufacturats incorporaran nanotecnologia.

Les seves aplicacions no paren de créixer: aplicacions electrostàtiques de pintura, apantallaments antiestàtics de les ales dels avions, conductors transparents per pantalles flexibles, sensors per medicina, energia fotovoltaica, cremes de protecció solar i ulleres, zeolites, disseny de molècules a la carta...

Page 23: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Aplicacions

FULLERENS: són molècules artificials formades per unió d'àtoms de carboni, C

60. S'han sintetitzat 1000 productes nous

basats en els fullerens i més de 100 patents internacionals. Són components molt importants en bioelectrònica molecular, en biomedicina es podrien utilitzar com envoltoris per transportar molècules a diferents lloc de l'organisme...

Page 24: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Aplicacions NANOTUBS DE CARBONI: es formen quan una làmina de

grafit s'enrolla sobre ella mateixa produint estructures cilíndriques tancades. Es fa a altes pressions i temperatures i amb descàrregues elèctriques i catalitzadors metàl·lics. Es poden aconseguir diferents tiopus de nanotuibs amb diferents propietats.

Són 100 cops més resistents que l'acer i deu cops menys densos.

Són molt bons conductors de la calor

Poden ser aïllants, semiconductors, conductors i superconductors.

Són químicament inerts i biològicament compatibles

Angle de visió millor que els cristalls líquids

Page 25: De l'edat de pedra a la nanotecnologia
Page 26: De l'edat de pedra a la nanotecnologia
Page 27: De l'edat de pedra a la nanotecnologia
Page 28: De l'edat de pedra a la nanotecnologia
Page 29: De l'edat de pedra a la nanotecnologia
Page 30: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Aplicacions: nanobiotecnologia i nanomedicina - Biosensors: petits biosensors per medir la concentració real de

diferents substàncies a la sang,

- Biomaterials: farmacs contra cèl·lules cancerígenes que actuïn específicament sobre elles en llocs concrets, estalviant els problemes de dispersió, danys secundaris...

- Bioxips: nanorobots per guarir malalties de manera intel·ligent-

- Síntesi de molècules complexes: nanofibres que repel·len els bacteris i virus.

Page 31: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Aplicacions

- Nano-flakes, poden convertir en llum el 30% de l’energia lumínica que rep.

- Pintures amb nanopartícules que generen electricitat a partir de l’energia solar.

- Teixits intel·ligents: canvi de color, canvis en transpirabilitat, més resistents, que es netegen sols, antibacterians, que absorbeixen la radiació solar...

Page 32: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Nanotecnologia i societat

Page 33: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Nanotecnologia i societat

La convergència en aquest principi de segle de diferents tecnologies com la nanotecnologia, la biotecnologia, les tecnologies de l’informació i telecomunicacions i les ciencies cognitives (NBIC) implicarà importants canvis en la societat del segle XXI

Page 34: De l'edat de pedra a la nanotecnologia

Nanotecnologia i societat

- La toxicitat de les nanopartícules encara no esta ben estudiada, no es pot asegurar que sigui la mateixa que el mateix material a escala “normal.

- S’ha de vetllar per què les nanotecnologies siguin respectuoses amb el medi ambient.

- La nano-eco-toxicologia cuida estudia aquestes qüestions: