La Nanotecnologia
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UNIVERSIDAD ESTATAL DE MILAGRO Sistema Nacional de Nivelación y Admisión Grupo #4 LA NANOTECNOLOGÍA INTEGRANTES: Javier Marcillo Emma Matamoros Yessenia Macías Michelle Méndez Johanna Monar
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todo lo referente a la nanotegnologia
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UNIVERSIDAD ESTATAL DE MILAGROSistema Nacional de Nivelación y Admisión
Grupo #4
LA NANOTECNOLOGÍA
INTEGRANTES:Javier MarcilloEmma MatamorosYessenia MacíasMichelle MéndezJohanna Monar
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LA NANOTECNOLOGÍA
ContenidoTABLA DE ILUSTRACIONES............................................................................................................................2
INTRODUCCIÓN............................................................................................................................................3
LA NANOTECNOLOGÍA.................................................................................................................................6
1.1 FORMAS DE CLASIFICAR A LA NANOTECNOLOGIA.......................................................................8
1.2. SISTEMAS NANOELECTROMECÁNICOS.........................................................................................9
...................................................................................................................................................................10
NANOMATERIALES.....................................................................................................................................10
2.1 Nuevos materiales para un nuevo siglo......................................................................................12
2.1.1 Los Fullerenos.....................................................................................................................12
2.1.2 Nanotubos de carbono: el hilo mágico...............................................................................14
2.2 Top-down y bottom up...............................................................................................................17
ASPECTO GLOBAL DE LA NANOTECNOLOGÍA.............................................................................................18
3.1 Principales países contribuyentes...............................................................................................18
3.2 Impacto del uso de la nanotecnología sobre los costos de producción......................................19
3.3 Implicaciones sociales, medioambientales, éticas, laborales, de salud y en materia de regulación...............................................................................................................................................22
3.3.1 La peligrosidad de las nanopartículas..................................................................................22
3.3.2 Riesgo a su exposición.........................................................................................................22
3.4 Organismos e instituciones que apoyan el desarrollo de la nanotecnología....................................24
APLICACIONES DE LA NANOTECNOLOGÍA EN SECTORES TRADICIONALES.................................................26
4.1 Introducción.....................................................................................................................................26
4.2 Nanotecnologías en el transporte....................................................................................................27
4.3 Nanotecnologías en la energía y el medio ambiente........................................................................28
4.4 Nanotecnologías en las TIC y la Electrónica......................................................................................29
4.5 Nanotecnologías en la salud y la biotecnología................................................................................30
4.6 Nanotecnología en la milicia.............................................................................................................31
Trabajos citados.........................................................................................................................................33
Bibliografía.................................................................................................................................................35
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TABLA DE ILUSTRACIONES
FIGURA 1: Fibras Nanotecnológicas.............................................................................................................................6FIGURA 2: Foto de uno de los Sistemas Nanoelectromecánicos usados para detectar fuerzas de casimir...................8FIGURA 3: Foto de un Auto ensamblaje Nanometrico.................................................................................................9FIGURA 4: Ilustración de un Nanomaterial.................................................................................................................10FIGURA 5: Ilustración Geométrica de un FULLERENO.................................................................................................11FIGURA 6: Estructura de un Fullereno.........................................................................................................................12FIGURA 7: Representación 3D de un nanotubo de carbono........................................................................................12FIGURA 8: Nanotubos de carbono..............................................................................................................................13FIGURA 9: Principales países que contribuyen al desarrollo de la nanotecnología.....................................................16FIGURA 10: Costos de inversión privada por países en nanotecnología......................................................................17FIGURA 11: Distribución por países de las publicaciones y actas de congresos sobre nanotecnología, encontradas en INSPEC para el período 2003-2004.............................................................................................................................18FIGURA 12: Inversión publica en Nanotecnología.......................................................................................................20FIGURA 13: Organismos que apoyan el Desarrollo de la Nanotecnología..................................................................21FIGURA 14: Mano robótica elaborada a base de Nanomateriales.............................................................................26FIGURA 15: La Nanotecnología en la Medicina..........................................................................................................26
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LA NANOTECNOLOGÍA
INTRODUCCIÓNLa nanociencia es el estudio del fenómeno y la manipulación de la materia a escala nanométrica
(0.1 a 100 nm), mientras que la nanotecnología se trata del diseño, caracterización, producción y
aplicación de estructuras, dispositivos y sistemas a través del control del tamaño y la forma a
nanoescala. Comúnmente se utiliza el termino nanotecnología para referirse a ambas disciplinas.
Un nanómetro es la unidad de longitud que equivale a una millonésima parte de un metro (1x10-
9m). En esta escala, las propiedades físicas, químicas y/o biológicas de los materiales, objetos,
sistemas, etc., difieren de manera fundamental de las propiedades de los mismos a tamaño
micro/macroscópico, por lo que la investigación y desarrollo de la nanotecnología se orienta a la
comprensión y creación de materiales mejorados, dispositivos y sistemas que exploten estas
nuevas propiedades. En este sentido, la nanotecnología promete una mejor comprensión de
la naturaleza y de la vida misma en donde el tamaño y la forma son importantes.
A su vez, la física, la química, la ciencia de los materiales, la simulación computacional y
la ingeniería, convergen hacia los mismos principios teóricos y técnicas experimentales,
posibilitando avances tecnológicos extraordinarios por la sinergia interdisciplinaria y las
iniciativas tomadas por varios sectores y países.
En general, los expertos en el mundo coinciden en que la nanotecnología tiene el potencial para
desarrollar herramientas de manufactura y procedimientos médicos sin precedente e incluso
influir en la sociedad y las relaciones internacionales. Por ello, es considerada una mega
tendencia y una tecnología disruptiva. Así, la nanotecnología promete incrementar
la eficiencia en la industria tradicional y desarrollar nuevas aplicaciones radicales a través de las
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LA NANOTECNOLOGÍA
tecnologías emergentes. La Internet, referida hasta hace pocos años como la revolución de la
siguiente generación, palidece en contraste con este nuevo fenómeno.
Son múltiples las áreas en las que la nanotecnología tiene aplicaciones potenciales. Su avance
repercutirá en una amplia gama de industrias como la de cosméticos, la farmacéutica, los
electrodomésticos, la del cuidado personal, la construcción, las comunicaciones, la de seguridad y
defensa, la automotriz y la aeroespacial, entre otras. El entorno también se beneficiara, en tanto
que la producción de energía será más económica y limpia y se utilizaran materiales más
ecológicos.
En el mercado se encuentra ya disponibles aplicaciones de esta naturaleza. Por ejemplo, los
materiales nanoestructurados ya son utilizados en productos como bolas de tenis, golf o boliche
(a modo de reducir el número de giros que dan las mismas); en la fabricación de neumáticos de
alto rendimiento; en la fabricación de telas con propiedades anti-manchas o antiarrugas; en
cosméticos, fármacos y nuevos tratamientos terapéuticos; en filtros membranas
de agua nanoestructurados y remediaciones medioambientales; en la mejora
de procesos productivos mediante la introducción de materiales más resistentes o eficientes (tanto
industriales como agroindustriales); en el diseño de nuevos materiales para el uso en
la electrónica, la aeronáutica y prácticamente toda la industria del transporte.
En estos momentos la nanociencia y la nanotecnología aún se encuentran en una etapa temprana
de investigación y desarrollo, en la que las investigaciones y la mayoría de las inversiones, están
dirigidas hacia la comprensión de los fenómenos de la nanoescala, los procesos y la creación de
nuevos materiales o nanoestructuras. Las tendencias tecnológicas hacia el año 2020 en el mundo,
apuntan a la transición de los nanomateriales a los nanosistemas, mediante la construcción de
sistemas nanoescalares que requerirán del uso combinado de las leyes de la nanoescala,
principios biológicos, tecnología de la información e integración de sistemas.
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LA NANOTECNOLOGÍA
Las innovaciones basadas en nanotecnología darán respuesta a gran número de los
actuales problemas y necesidades de la sociedad y suponen un enorme desafío para las futuras
actividades industriales y económicas en las que, a menudo ya se le considera como el motor de
la próxima revolución industrial. Entre este inmenso abanico de posibilidades y tras operar la
dispersión de los posicionamientos iníciales, es ilícito preguntase sobre los ámbitos en los que se
está concentrando nuestro conocimiento, sobre nuestras apuestas y desafíos sobre
los riesgos asumidos en fin, sobre las expectativas de desarrollo y aplicación.
A continuación se hablara de manera detallada de los orígenes de la nanotecnología desde sus
orígenes, clasificación, sus materiales al igual que sus aplicaciones en diversos sectores todo esto
con la intención de comprender de manera amplia el campo de estudio de la nanotecnología y
así poder calcular su vital importancia dentro de la sociedad. (Avanzados, 2008)
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CAPÍTULO 1
LA NANOTECNOLOGÍA
El comienzo de la andadura nanotecnológica tuvo lugar en 1959 en el instituto de tecnología de
california, donde el físico Richard Feyman, especialista en mecánica cuántica, pronuncio un
famoso discurso. Feyman trato su conferencia del problema de manipular objetos a
pequeña escala, deslumbrando que podría haber muchas oportunidades tecnológicas jugando con
átomos y moléculas. En aquel momento su discurso no tuvo una gran repercusión. De hecho la
palabra nanotecnología no aparece en dicho discurso. En realidad el termino nanotecnología fue
acuñado en 1974 por el profesor N. Taniguchi de la universidad de ciencia de Tokio en un
artículo titulado "on the basic concept of nanotechnology"(sobre el concepto básico de
nanotecnología) (GREEN FACTS, 2015), que se presentó en una conferencia de
la sociedad japonesa de ingeniería de precisión. En dicho artículo se hablaba de la nanotecnología
como la tecnología que nos permitirá separar, consolidar y deformar materiales átomo a átomo o
molécula a molécula.
Aunque Feyman, en 1959 fue el primero en sugerir de
manera clara esta posibilidad, hubo que esperar hasta 1986
para que sus ideas se concretaran. En ese año, E. Drexler
público en su libro "Engines of creation" (Erick, 2014) en
el que describe como la nanomáquina serán capaces de
construir desde ordenadores hasta maquina pesada,
ensamblando molécula a molécula, ladrillo a ladrillo. Los
encargados de realizar ese ensamblaje serán nanorobots
ensambladores, un funcionamiento parecido al que, desde siempre han realizado los ribosomas y
otros agregados moleculares en las células de nuestro cuerpo. Estos robots harían su trabajo auto-
reparándose y constituyéndose a sí mismos. La descripción realizada por Drexler se corresponde
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FIGURA 1: Fibras Nanotecnológicas
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LA NANOTECNOLOGÍA
con el funcionamiento de los motores moleculares, desarrollados posteriormente, en los que se
crea un engranaje de moléculas donde unas hacen moverse a otras, logrando así un verdadero
efecto mecánico. Drexler también vislumbro la posibilidad de desarrollar nanosubmarinos que
podrían desplazarse por las venas buscando antígenos, como lo hacen los leupositos. En
definitiva a través de las páginas de "Engine of creation", Drexler los hace soñar con objetos
imaginados, de la misma manera que Julio Berne hizo soñar a nuestros abuelos con paisajes a la
luna o viajes al centro de la Tierra.
Pero, al igual que el hombre finalmente piso la luna, aunque nunca llegara al centro de la tierra,
es posible que algunos de los objetos escritos y patentados por Drexler entren a formar parte de
nuestras vidas mientras que otros muchos pasen a la historia como mera imaginación o
especulación.
Desde que Feyman y Drexler asentaron los pilares de la nanotecnología ha habido un
fuerte desarrollo experimental en los laboratorios. Muchos centros de investigación han partido
de estas ideas para diseñar no tanto dispositivos concretos sino experimentos que demuestren
las posibilidades de desarrollar esa "nueva" tecnología. (Núñez, 2014)
Esto ha desembocado en la puesta punto a punto de diferentes programas de investigación así
como de diversas iniciativas para fomentar que los conocimientos generados por la
ciencia tuviesen una traducción en la tecnología, generando aplicaciones reales intangibles. Así
como poco a poco, vamos resumiendo cuales son los límites entre lo posible y lo imposible en
esta nueva ciencia, que va definiéndose día a día con nuevos y sorprendentes hallazgos. Este es el
trabajo continuo, callado y largo que se realiza en diferentes laboratorios y grupos de
investigación en todo el mundo.
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Gracias a ellos la ciencia pasará a ser tecnología, los experimentos y prototipos
de laboratorio entraran en nuestros hogares, y lo que hoy parece ser ciencia ficción se irá
haciendo realidad en este futuro que viene.
1.1 FORMAS DE CLASIFICAR A LA NANOTECNOLOGIA
Varias tecnologías han explorado la fabricación de las nanoestructuras y los nanomateriales.
Estas técnicas se pueden agrupar de diferentes maneras, una de las formas es agrupándolas de
acuerdo a su media de crecimiento.
1.- Fase de crecimiento de vapor, incluye la reacción laser pirolisis para la síntesis de nano
partículas.
2.-Fase líquida de crecimiento, incluye procesos coloidales para la formación de nanopartículas
al igual que sus capas.
3.-Fase solida de crecimiento, incluye segregación de la fase para hacer que las partículas
metálicas en un recipiente de vidrio y 2 fotones inducidos por la polimerización para la
fabricación de cristales fotónicos en 3 dimensiones.
4.-Crecimiento hibrido, incluye vapor-liquido-sólido crecimiento de nanocables.
Otra forma es clasificándolos de acuerdo a como se forman los productos:
1.-Nanoparticulas por procesos coloidales, combustión flamable y segregación de fases.
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LA NANOTECNOLOGÍA
2.-Nanorods o nanocables por soluciones liquidas-solidas, y por crecimiento anisotrópico
espontaneo.
3.-Films delgados por deposición atómicas de las capas.
4.-Materiales de masa nanoestructurada, como por ejemplo nanopartículas.
1.2. SISTEMAS NANOELECTROMECÁNICOS
Los sistemas Nanoelectromecánicos suponen un paso previo a los motores moleculares.
“Realmente podemos definirlos como piezas o engranaje cuyo tamaño mínimo es de
aproximadamente 100nm” (Edelstein, 2015). Estos dispositivos suelen fabricarse mediante
técnicas de ataque químico, eléctrico, o fotónicos sobre un apilamiento de diferentes materiales
como polímeros o silicio. De especial relevancia son los llamados dispositivos micromecánicos,
ya que pueden ser integrados con las tecnologías actuales basadas en silicio. A la hora de diseñar
estos dispositivos, el"nanoingeniero" tiene que tener en cuenta que para ciertos tamaños los
efectos llamados "de superficies" empiezan a ser importantes. Así, por ejemplo, la presión, la
inercia térmica o el potencial electrostático local son algunas de las magnitudes que no es posible
escalar directamente respecto a una pieza del mismo material con la misma forma pero con
dimensiones cercanas al cm.
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LA NANOTECNOLOGÍA
CAPÍTULO 2
NANOMATERIALES
Los nanomateriales “son materiales con propiedades morfológicas más pequeñas que 1 µm en al
menos una dimensión” (Wikipedia, 2014). A pesar del hecho de que no hay consenso sobre el
tamaño mínimo o máximo de un nanomaterial, algunos autores restringen su tamaño de 1 a
100 nm, una definición lógica situaría la nanoescala entre la microescala (1 µm) y la escala
atómica/molecular (alrededor de 0.2 nm).
Los nanomateriales pueden ser subdivididos en nanopartículas, nanocapas y nanocompuestos. El
enfoque de los nanomateriales es una aproximación desde abajo hacia arriba a las estructuras y
efectos funcionales de forma que la construcción de bloques de materiales son diseñados y
ensamblados de forma controlada.
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FIGURA 2: Foto de uno de los Sistemas Nanoelectromecánicos usados para detectar fuerzas de casimir
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LA NANOTECNOLOGÍA
Existen tres categorías básicas de nanomateriales desde el punto de vista comercial y desarrollo:
óxidos metálicos, nanoarcillas y nanotubos de carbono. Los que más han avanzado desde el punto
de vista comercial son las nanopartículas de óxido metálico
FIGURA 3: Foto de un Auto ensamblaje Nanometrico
¿Cómo identificar los nanomateriales?
La descripción de un nanomaterial debe incluir el tamaño medio de sus partículas, teniendo en
cuenta la agrupación y el tamaño de las partículas individuales y una descripción de la
distribución por tamaño de las partículas (el rango de las partículas presentes en la preparación,
desde la más pequeña a la mayor).
Las valoraciones detalladas pueden incluir la siguiente información:
1. Propiedades físicas:
Tamaño, forma, superficie específica y proporción entre anchura y altura
Si se adhieren unas a otras
Distribución según el tamaño
Lisura o rugosidad de su superficie
Estructura, incluida la estructura de cristal y cuaqluier
defecto de cristal
Su capacidad para disolverse
2. Propiedades químicas:
Estructura molecular
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FIGURA 4: Ilustración de un Nanomaterial
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LA NANOTECNOLOGÍA
Composición, incluida su pureza y cualquier aditivo o impureza conocidos
si se encuentran en estado sólido, liquido o gas
Química de superficie
Atracción de moléculas de agua y de aceites o grasas
Existen diversas técnicas para rastrear nanopartículas y se están desarrollando otras nuevas.
También se están desarrollando métodos realistas de preparación de nanomateriales para probar
sus posibles efectos en sistemas biológicos.
2.1 Nuevos materiales para un nuevo siglo
Disponer de nuevos y mejores materiales ha sido siempre una necesidad de las sociedades a lo
largo de la historia de la humanidad. El hombre desde la edad de bronce fue superado por la edad
del hierro y los romanos ganaron muchas batallas gracias a la fortaleza de sus espadas.
El acero permitió construcciones más recientes y seguras, así como construir nuevas máquinas
que posibilitaron la revolución industrial. Los aceros pesados han sustituido al aluminio y
polímero en los automóviles. Las fibras sintéticas han remplazado los tejidos naturales en
multitud de aplicaciones. Los plásticos mejoraron el cartón; y así sucesivamente hasta hoy.
2.1.1 Los Fullerenos
Recientemente se han descubierto nuevas formas de carbono que son muy prometedoras para la
nanotecnología. Comenzaremos por describir la primera de ellas. El llamado “C60, fullereno o
bucki-ball” (Sosa, 2105). Para ello imaginemos un balón de futbol. El balón está formado por 12
pentágonos y 20 hexágonos, si contamos las intersecciones de las costuras veremos que hay 60.
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LA NANOTECNOLOGÍA
Ahora bien, imaginemos que ese mismo balón lo reducimos 100 millones de veces y que en cada
una de las intersecciones colocamos un átomo de carbono. Tendremos entonces una molécula en
la que 60 átomos de carbono presentan una hibridación esencialmente tipo SP2.
La figura geométrica que forman dichos átomos se
denomina icosaedro truncado. Para que nos hagamos
una idea de cómo de pequeña es esta molécula podemos
imaginarnos que la misma relación de tamaño hay entre
la tierra y el balón de futbol que entre el balón y el
fullereno.
“Los Fullerenos o buckyballs recibieron estos nombres
en honor al arquitecto Richard Buckminster Fuller,
quien diseño capsulas geodésicas basadas en hexágonos y pentágonos” (Arbor, 2011).
Aunque la síntesis controlada de los fullerenos requieren complicadas técnicas, tales como la
vaporización del grafito o la pirolisis laser (técnicas que consisten en calentar sustancias mediante
un láser de alta energía para formar otra), la formación sin más de este tipo de estructura se
produce más fácilmente de lo que podemos imaginar, pues son una de las principales integrantes
de la carbonilla y se generan abundantemente en cualquier combustión.
Las aplicaciones nanotecnológicas se pueden derivar del uso de esta molécula que están todavía
en base de estudio en muchos laboratorios del mundo y son muy variadas. Sin embargo, ya se han
sintetizado más de 1000 nuevas moléculas basadas en fullereno y hay ms de 100 patentes
internacional registradas. Por una parte, es un componente fundamental de lo que se
llama electrónica molecular ya que poseen propiedades rectificadoras interesantes para la
fabricación de nuevos dispositivos.
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FIGURA 5: Ilustración Geométrica de un FULLERENO
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LA NANOTECNOLOGÍA
Por otra parte, se han hecho predicciones acerca de sus posibles aplicaciones en la biomedicina
al ser una molécula rígida otras biomolecular como por ejemplo fármacos inhibidores
del virus del sida podrían unírsele sin deformar su estructura y ser transportadas por el organismo
hasta encontrar el virus.
Además, como los fullerenos están huecos pueden
encerrar en su interior pequeñas moléculas o incluso
átomos como por ejemplo gadolineo. Este elemento,
gracias a sus propiedades magnéticas, aumenta la señal
en los estudios de resonancia magnética nuclear
utilizados en la detección del cáncer.
2.1.2 Nanotubos de carbono: el hilo
mágico.
Si el descubrimiento del C60 fue un contiguo
importante para la nanotecnología el de los
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FIGURA 6: Estructura de un Fullereno
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llamados nanotubos de carbono la ha superado, ya que debido a sus excelentes propiedades que
presentan y a lo fácil y económico que resulta fabricarlos, nos encontramos ante un material con
unas aplicaciones realmente prometedoras. Imaginemos que disponemos de un material que es
“10 veces más ligero que el acero y 100 veces más resistente y a la vez 10 mil veces más fino que
un cabello” (Ariza Bachiller, 2013). A estas interesantes propiedades mecánicas se les añade unas
relevantes propiedades eléctricas, puesto que pueden ser tanto conductores como aislantes. Así,
por ejemplo, podremos disponer de un cable para fabricar circuitos electrónicos con diámetros,
no de 0.1 micras como los circuitos integrados actuales sino inferiores a 10 nm, es decir, entre 10
y 100 veces más pequeño.
Nanotubos de carbono fueron descubiertos de manera accidental en 1991 por S. Ijina, cuando este
investigador estudiaba el depósito de carbono que se obtiene en una escala eléctrica de grafito. Al
realizar el análisis se encontró unos filamentos de unos pocos nanómetros de diámetro y algunas
micras de largo. Estos filamentos resultaron ser muchos más interesantes de lo que al principio
parecían, es decir un simple deshecho pulverizado de carbono. Imaginemos un plato atómico de
grafito, y supongamos que ese plano lo enrollamos sobre sí mismo como si se tratase de un
mantel o un poster. La forma de plegarlo puede ser recta o con un cierto ángulo, obteniéndose un
tubo tan largo como queramos. Pues bien aquí aparece ya una de las propiedades curiosas de los
nanotubos: según como enrollemos el poster, obtendremos un nanotubo que puede conducir
la corriente eléctrica, ser semiconductor o ser aislante.
“En el primer caso, los nanotubos de carbono son muy buenos conductores
a temperatura ambiente pudiendo transportar elevadas densidades de corriente” (Casaos,
2015).
Hoy en día si queremos transportar una corriente eléctrica elevada necesitamos utilizar cables
de cobre muy gruesos y caros. Esto podría hacerse en el futuro mediante nanotubos. Por otra
parte, si introducimos defectos en la estructura podremos generar moléculas semiconductoras y
así formar diodos con transistores: los dispositivos fundamentales de los aparatos electrónicos.
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LA NANOTECNOLOGÍA
Un diodo formado por una sola molécula es algo asombroso en cuanto a las posibilidades
de integración que abre en la industria de la electrónica. Los nanotubo de carbono permitirán unir el
mundo de la electricidad (en el que es necesaria potencia y grandes corrientes eléctricas para mover
motores) con el de la electrónica (pequeños voltajes, pequeños dispositivos). (MD Calzada Canalejo,
2011)
Decíamos que los nanotubos poseen importantes propiedades mecánicas. Y esto no podría ser de
otra manera, ya que están formados por átomos ligeros (carbono), pero que se encuentran unidos
entre sí por fuertes enlaces. Como consecuencia directa de esta estructura este material es 100
veces más resistente que el acero, a la vez que 10 veces menos denso. Tienen una lata capacidad
para doblarse pero sin romperse, manteniendo inalterada su estructura interna. En cuanto a dureza
destacar que los nanotubos descritos hasta el momento son muy duros.
FIGURA 8: Nanotubos de carbono
2.2 Top-down y bottom up
Las estrategias de investigación utilizadas para el desarrollo en este tema se enfocan en
los métodos "Top Down" y "Bottom Up". El primero, traducido como "de arriba hacia abajo",
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LA NANOTECNOLOGÍA
refiriéndose a la generación de productos a partir de macro estructuras y el segundo, "de abajo
hacia arriba", que considera el ensamble a partir de átomos o moléculas.
Se utiliza para construir los diferentes dispositivos, componentes básicos muy variados tales
como átomos ácidos nucleicos, proteínas, nanoparticulas o nanotubos.
La necesidad de esta compleja instrumentación implica otra de las características fundamentales
que acompañan a la nanociencia y la nanotecnología:
Su interdisciplinariedad. Pero no solo las necesidades de combinar expertos en distintas técnicas
y áreas del conocimiento lo que origina la interdisciplinariedad de la nanociencia. Se trata
también de que al reducir el tamaño de los objetos para estudiarlos, llega a un momento en que
todos están constituidos por átomos y moléculas. Y así, por ejemplo, para construí un dispositivo
biosensor, el biólogo deber saber de físicacuántica, y el físico de biología si quieren que ese
nuevo dispositivo funcione.
Así pues el desarrollo de esta nueva ciencia requiere no solo la utilización de técnicas de fabricación,
visualización y caracterización muy precisas, sino también una aproximación multidisciplinar que reúna a
físicos, químicos, biólogos, tecnólogos y teóricos trabajando juntos y utilizando el mismo lenguaje. (TJ
Buschman, 2010)
De hecho, para todos ellos los átomos y moléculas son los ladrillos constituyentes de los objetos
que estudian. La nanoescala es su punto de encuentro.
En una primera impresión, pensar que podemos ser capaces de desarrollar toda la tecnología que
nos rodea ensamblando molécula a molécula, partícula a partícula, parece un sueño o una película
de ciencia ficción. Pero si lo meditamos un poco veremos que para comprender como se pueden
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LA NANOTECNOLOGÍA
construir dispositivos de orden superior partiendo de sus constituyentes solo tenemos que mirar a
nuestro alrededor.
CAPÍTULO 3
ASPECTO GLOBAL DE LA NANOTECNOLOGÍA
3.1 Principales países contribuyentes
En el ámbito internacional, el desarrollo de esta tecnología es dominado por los Estados
Unidos, Japón y Alemania quienes aportan anualmente casi el 52% de la inversión total mundial,
equivalente a los 12,400 millones de dólares. De ésta, el 51% corresponde a los gobiernos, el
43% a las empresas y el 6% a capital de riesgo. Destaca el crecimiento en la inversión
gubernamental realizada en el mundo para el apoyo de la investigación y desarrollo en
nanotecnología al pasar de 432 millones de dólares en 1997 a 6,400 millones de dólares en 2006,
casi 15 veces el monto originalmente considerado.
El mercado mundial por tipo de producto se centra actualmente en los nanomateriales (86%), en
tanto la factibilidad de su aplicación a la gran mayoría de los productos de los diferentes sectores
industriales sin modificar significativamente procesos y equipos.
Las nanoherramientas y nanodispositivos representan el 14% de ese mercado.
“El 67% de las empresas de base nanotecnológica son originarias de Estados Unidos, mientras que el 18%
son de la Unión Europea y un 8% se ubica en los países de Asia y Medio Oriente” (Rodrigo, 2011). Por su
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LA NANOTECNOLOGÍA
parte, la operación de las empresas internacionales del sector de nanotecnología en el mercado global se
encuentra principalmente en Estados Unidos con el 57% de las mismas, mientras que
Alemania, Inglaterra y Suiza conjuntan el 21% y Japón el 4%.
A pesar del dinámico crecimiento de la investigación, desarrollo e innovación de la
nanotecnología en el mundo, es hasta hace pocos años cuando se empiezan a analizar de manera
seria las implicaciones sociales, medioambientales, éticas y de salud del desarrollo de productos
nanoestructurados así como la regulación en esta materia.
FIGURA 9: Principales países
que contribuyen al desarrollo de la nanotecnología
3.2 Impacto del uso de la nanotecnología sobre los costos de producción
La evolución de las tecnologías tradicionales, utilizadas en la manufactura de componentes y
artículos cada vez más eficientes, más pequeños, más funcionales, más económicos, etc. ha
llevado a tocar los límites de lo visible para transponer la frontera hacia lo intangible.
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2020
LA NANOTECNOLOGÍA
Este cambio de escala, representa un reto para el intelecto humano, puesto que ya no es posible
medir, manipular, construir y ensamblar materiales y componentes en la misma forma en que lo
hemos hecho hasta ahora, y en este sentido, la nanotecnología es una disciplina emergente que
deberá resolver estos aspectos.
+
Debido al desarrollo incipiente de la nanotecnología, en donde no se tienen muchos elementos de
juicio, tal vez parezca ocioso el hacer comparaciones entre esta disciplina y las tecnologías
tradicionales, sin embargo, los ejemplos siguientes pueden servir como guía para hacer
predicciones y proyecciones del comportamiento de los costos y beneficios económicos en la
transición entre las tecnologías tradicionales y la nanotecnología.
El primer ejemplo muy significativo, dado que nuestro país detenta el primer lugar a nivel
mundial en la producción de plata, a la cual se le podría dar un gran valor agregado mediante la
nanotecnología. El segundo trata de la utilización de nanotubos de carbón (CNT) para fabricar
fibras superresistentes y su uso en la industria del blindaje corporal. Esta opción representa un
importante nicho de mercado debido a las condiciones de inseguridad y conflictos bélicos en los
que se encuentran inversos una gran cantidad de países
El tercero trata de la conveniencia de sustituir los cables convencionales de aluminio reforzado
con acero para la transmisión de energía eléctrica por fibras de nanotubos de carbón. Los ahorros
debidos a la eficiencia de las fibras CNT son considerables y de gran valor estratégico en estos
momentos de crisis energética mundial.
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LA NANOTECNOLOGÍA
FIGURA 10: Costos de inversión privada por países en nanotecnología
(03/08/2105)GRUPO 4
2222
LA NANOTECNOLOGÍA
FIGURA 11: Distribución por países de las publicaciones y actas de congresos sobre nanotecnología, encontradas
en INSPEC para el período 2003-2004
3.3 Implicaciones sociales, medioambientales, éticas, laborales, de
salud y en materia de regulación.
La investigación de la nanotecnología es actualmente llevada a cabo tanto en países desarrollados
como en vías de desarrollo, solo que los niveles de inversión, el acceso de la infraestructura
científica y la colaboración entre sectores varía de manera importante.
(03/08/2105)GRUPO 4
2323
LA NANOTECNOLOGÍA
Uno de los aspectos relacionados con la nanotecnología que a corto plazo inquieta a los
gobiernos, instituciones y población de estos países, es el relacionado con la toxicidad hacia las
personas y el medio ambiente.
Derivado de la nanotecnología es un área novedosa dentro del desarrollo de la ciencia y la
tecnología, no se han estudiado a fondo todas las implicaciones que pudiera tener en materia de
salud y medio ambiente, tema en el cual se han identificado 2 grandes preocupaciones:
La peligrosidad de las nanoparticulas
Riesgo a su exposición
3.3.1 La peligrosidad de las nanopartículas
Se refiere a los efectos biológicos y químicos de las nanoparticulas en el cuerpo humano o en
los ecosistemas naturales.
3.3.2 Riesgo a su exposición
Se refiere al efecto que la fuga, circulación y concentración de nanoparticulas pudieran tener en
los organismos o ecosistemas.
Los últimos descubrimientos relacionados con el comportamiento de las nanoparticulas llevan a
cambiar la pregunta original de si la nanotecnología es segura o por otra que cuestione que se
puede hacer para que la nanotecnología sea segura. Por medio de la cooperación
y coordinación internacional, los científicos deben no solo anunciar el descubrimiento o la
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LA NANOTECNOLOGÍA
creación de una nanoparticula, sino también los requerimientos necesarios para que esta sea tanto
o más segura que otros materiales utilizados para el mismo propósito.
Los impactos ecológicos y al medio ambiente son también difíciles de definir derivado de la
complejidad natural de los ciclos económicos y la imposibilidad de experimentación directa con
el ambiente natural. “Existe poco conocimiento acerca del peligro y los riesgos de la exposición
de las nanoparticulas a la ecología” (Vidal, 2013).
En los países en vías de desarrollo, los riesgos asociados al a nanotecnología son mayores debido
a que las reglas y regulaciones tienden a ser menos demandantes y rigurosas.
Gobiernos, universidades y empresas alrededor del mundo están compitiendo para comercializar
nanotecnologías y nanomateriales. “Actualmente, cientos de productos contienen nanomateriales
que son fabricados utilizando nanotecnologías” (Martínez, 2012). Al mismo tiempo,
existen evidencias que indican que estos nuevos materiales contienen riesgos importantes para la
salud, la seguridad y el medio ambiente y que pueden provocar profundos cambios en el campo
social, económico y ético.
A raíz de lo anterior han surgido diversos grupos sociales en el mundo que han realizado trabajos
pendientes a puntualizar dichos riesgos, sus implicaciones y las acciones que deben ser tomadas
en cuenta para el desarrollo confiable de la nanotecnología.
3.4 Organismos e instituciones que apoyan el desarrollo de la nanotecnología
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LA NANOTECNOLOGÍA
En México, es básicamente el CONACYT institución que en el ámbito nacional ha impulsado en
alguna medida el desarrollo de la nanotecnología a través de proyectos aprobados mediante las
diversas convocatorias, incluidas las emitidas a finales del 200:
"Apoyos Complementarios para el Establecimiento de Laboratorios Nacionales e Infraestructura
Científica o Desarrollo Tecnológico 2006" mediante la cual se apoyó la creación de laboratorios
nacionales de nanotecnología en Chihuahua y San Luis Potosí y la "Convocatoria para Presentación de
Ideas para la Realización de Megaproyectos de Investigación Científica o Tecnológica 2006" mediante la
cual se apoyara 4 proyectos a través de su integración en la Red Temática de Nanociencia y Materiales
Avanzados. (G Foladori - Sociológica (México), 2012)
De igual manera, a través de convenios se cuenta con apoyo e instituciones y organismos
extranjeros como es el caso de la Universidad Estatal de Arizona con quien el CONACYT firmo
un acuerdo de entendimiento para establecer un "Cluster de Nanotecnología en América del
Norte" que involucra recursos conjuntos por 16 millones de dólares en 5 años.
FIGURA 12: Inversión publica en Nanotecnología
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FIGURA 13: Organismos que apoyan el Desarrollo de la Nanotecnología
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CAPÍTULO 4
APLICACIONES DE LA NANOTECNOLOGÍA EN SECTORES
TRADICIONALES
4.1 Introducción
Las industrias de los sectores tradicionales se enfrentan en los últimos años a una situación cada
vez más compleja y difícil, marcada por un entorno abierto, globalizado y competitivo, con la
entrada masiva de economías emergentes, al mismo tiempo que la sociedad demanda productos
de mejores presentaciones, más seguros y sostenibles.
Esta situación está exigiendo una adaptación y reestructuración de muchos sectores industriales
para desarrollar procesos más eficientes y de menor impacto medioambiental, y productos que
satisfagan las expectativas de los consumidores.
El uso de la nanotecnología para desarrollar productos con nuevas y mejores propiedades está
despertando grandes expectativas por su potencial capacidad para dar origen a innovaciones
radicales que se pueden traducir en productos de alto valor añadido para nuevos nichos de
mercado. (portalciencianet, 2012)
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LA NANOTECNOLOGÍA
4.2 Nanotecnologías en el transporte
“Los futuros vehículos de transporte serán más ligeros y eficientes, con bajo consumo de
combustibles y mínimas emisiones, inteligentes y con altos niveles de seguridad y confort de uso,
y además, mucho más reciclables” (Cardenas E. F., 2012). La aplicación de las nanotecnologías a
todos estos objetivos será, con toda probabilidad, de gran relevancia y, de facto, ya se están
utilizando algunas aplicaciones como catalizadores, recubrimientos, materiales nanoestructurados
y nanocompuestos, sensores, etc.
En la actualidad, todo indica que los futuros vehículos de transporte seguirán incorporando las
mismas clases de materiales que se utilizan hoy en día, pero su distribución y características
variaran a favor de un uso creciente de materiales más ligeros frente a los de
mayor densidad gracias a la aplicación de las nanotecnologías.
Las versiones "avanzadas" –nanoestructuradas y/o nanoreforzadas- con alta resistencia y bajo peso, de
los actuales aceros y materiales férreos, de las aleaciones ligeras de Al, Mg y de Ti, de los plásticos y
materiales compuestos, etc., en combinación con nuevos recubrimientos, autorizaran reducciones
crecientes de peso sea por las mayores propiedades específicas de cada material, sea mediante la
sustitución del material del componente por otros más ligeros. (Portalciencia.net, 2014)
Las mejoras realizadas permitirían alcanzar en el futuro reducciones de hasta el 20-30% del peso
en aviones y automóviles. Sin embargo, el enorme potencial de los nuevos materiales avanzados
solo podrá ser realmente explotado en la medida que faciliten nuevos diseños (diseño multi-
material y materiales multi-funcionales, caracterización para modelización y predicción de
comportamiento, evaluación, etc.) y se desarrollan nuevos métodos y tecnologías de fabricación
de gran cedencia y bajo costo capaces de retener los beneficios por el material de base y de eludir
los riesgos inherentes al uso de los nanomateriales.
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LA NANOTECNOLOGÍA
4.3 Nanotecnologías en la energía y el medio ambiente
En estas áreas, la incidencia de las nanociencias y las nanotecnologías está basada en
el control de propiedades, principalmente químicas, eléctricas y ópticas, de materiales a nivel
nanometrico. Esto permite abordar la aplicación de características y nuevas propiedades que
resultan fundamentales para la administración de los mecanismos de transducción física
y/o química a eléctrica en sus aspectos relacionados con la producción y uso eficiente y racional
de la energía.
“En consecuencia, procesos como los fotovoltaicos, termoeléctricos, fotoquímicos, de emisión
de campo eléctrico, de combustión, transmisión-absorción o aquellos relacionados con la catálisis
o fotocatálisis” (GM Uribe, 2010), junto con materiales nanoestructurados ofrecen un nuevo
marco de soluciones para áreas de aislamiento, iluminación, combustión limpia, pilas de
combustibles, almacenamiento de energía, supe capacidades, baterías, células solares,
termoelectricidad, medida y control del impacto ambiental, etc.
Así mismo, ciertas propiedades mecánicas de los nanomateriales también inciden en el área
energética permitiendo nuevos materiales compuestos, recubrimientos, fibras, etc., fundamentales
para los nuevos sistemas de producción, transporte, almacenamiento y distribución de la energía.
(Industrial)
4.4 Nanotecnologías en las TIC y la Electrónica
En la actualidad nos estamos acostumbrando a tener fácil acceso al trabajo y
a servicios de información general. El hecho de que la información esté disponible en cualquier
lugar y en cualquier tiempo depende de las comunicaciones así como de la posibilidad de
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LA NANOTECNOLOGÍA
conectarse a ellas. Hoy en día, la conexión es generalmente inalámbrica ( teléfono móvil, red wifi,
etc.). En un futuro, estos sistemas de comunicación serán incluso de más fácil uso, hasta el punto
de sr transparentes al usuario. La información fluirá a su destino mediante cualquiera de los
canales de comunicación disponibles. Así mismo, el ancho de banda de estos sistemas se
ampliará considerablemente de acuerdo con la cantidad de datos a transmitir (voz, fotografías,
videos, ficheros, etc.),que deberá ser mucho más segura frente a hackers o cualquier tipo de
intrusismo.
En este sentido, se necesitara de la nanoelectronica no solamente para lograr la miniaturización
de los dispositivos de comunicación, sino para lograr una mayor funcionalidad en términos del
número de canales de comunicación. Los dispositivos multibanda y multimodo que de ella
surgirán serán la clave para discernir la comunicación requerida entre la cuantiosa comunicación
que por ellos pueda fluir, anunciando una nueva era de comunicaciones sin precedente. A su vez,
los canales de comunicación inalámbricos funcionaran a frecuencias más altas con objeto de
incrementar la velocidad de transmisión de datos.
Por consiguiente, se requerirá incrementar la integración de MEMS de radiofrecuencia y de
arquitecturas RF que permitan compartir los circuitos entre diferentes canales de RF y esquemas
de modulación.
Por otro lado, la mayor funcionalidad de los sistemas portátiles de comunicación requerirá el
mínimo consumo, requerimiento que devendrá aún más crítico. Además, la necesidad de
mantener activados a estos dispositivos durante largos periodos de tiempo entre recargas de las
baterías o incluso autónomos en términos de fuentes de alimentación, se necesitaran dispositivos
de recolección de energía (energy scavening) que adquieran y almacenen energía del medio
ambiente local.
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4.5 Nanotecnologías en la salud y la biotecnología
Dada la escala nanométrica inherente a las interacciones a nivel celular, es inevitable que la
nanotecnología también se aplique a la biotecnología. Así, la nanotecnologías básicas
provenientes de la física y la química se integra con la biología molecular para desarrollar u
nuevo campo de investigación e innovación denominado nanobiotecnología (Salvarezza, 2011).
La nanobiotecnología está empezando ya a mostrar su prometedor impacto en las ciencias de la
salud, un término amplio que incluye el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades, así como
el desarrollo de fármacos y su administración al cuerpo humano.
La nanobiotecnología aplicada al a medicina, se fundamenta en una mejor comprensión de los
procesos biológicos mediante la utilización de las herramientas "nano", para desarrollar nuevos
sistemas de diagnóstico (diagnóstico molecular) o terapias (nanofármacos o medicina
regenerativa). (Wong, 2012)
Estas aplicaciones son las que se conocen actualmente como nanomedicina, que
según documentos elaborados por la plataforma española de nanomedicina, miembro de la
plataforma tecnológica europea, se puede identificar como aquellas prácticas médicas,
incluyendo prevención, diagnóstico y terapia, que requieren tecnologías basadas en interacciones
entre el cuerpo humano y materiales, estructuras o dispositivos cuyas propiedades se definen a
escala nanométrica (Bisquert, 2011).
También las nanobiotecnologías pueden ayudar en la preparación de determinadas biomoleculas
para favorecer su absorción por el cuerpo humano (por ejemplo mejorar la absorción de los
lycopenas, sustancias que dan a los tomates su color rojo y que poseen un rol crucial en el cáncer
de próstata).
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LA NANOTECNOLOGÍA
La nanobiotecnología ofrece nuevas herramientas para la detección del cáncer así como para su
prevención y tratamiento.
La nanotecnología también permite la mejora de biomateriales no-reabsorbibles y un mejor
control de las interacciones biológicas a nivel nanométrico, que aumentan la funcionalidad y
longevidad de los materiales implantados. La aplicación de recubrimientos bioactivos o
nanoparticulas en la superficie de los implantes, hará posible sujetar de forma más natural el
implante a los tejidos adyacentes y prolongar significativamente la vida útil del mismo.
Del mismo modo cabe la posibilidad de rodear el implante de tejido con una barrera nano
fabricada que ayuda a la activación de los mecanismos de rechazo lo que permitirá una mayor
utilización de las donaciones de órganos.
4.6 Nanotecnología en la milicia
Al igual que con los demás avances científicos, los militares han visto rápidamente las
posibilidades de la nanotecnología. De hecho, son muy pocas las potenciales aéreas de aplicación
en las que no están implicados los militares, ya sean relativas al transporte, salud,
comunicaciones o informática. Aparentemente, las aplicaciones civiles interesan a los militares a
tres niveles.
En primer lugar, y de una forma totalmente prosaica, como importantes empleadores
de personal y de equipo, los militares forman comunidades dentro de la sociedad con necesidades
logísticas y personales similares a las de cualquier gran compañía, como por ejemplo energía más
barata o formas de transporte y asistencia médica más eficaces.
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En segundo lugar, puede adoptar la tecnología desarrollada en los laboratorios universitarios o
privados para sus propios fines. En efecto, si bien el Departamento de Defensa norteamericano
tiene el compromiso de mantener un importante programa científico propio que le garantice la
superioridad sobre sus potenciales enemigos, en realidad depende cada vez más de su asociación
de los sectores empresariales y académicos para mantener el liderazgo tecnológico. Los ejemplos
de uso dual pueden ser tan simples como la adopción de la ropa impermeable inicialmente
desarrollada para uso de excursionistas o granjeros, o más sofisticados, como ver qué provecho se
puede obtener en la mejora de la velocidad y la maniobrabilidad de los vehículos blindados
reduciendo el peso de los mismos y mejorando simultáneamente la protección que proporcionan a
los soldados. En tercer lugar, los militares tienen sus propios intereses especiales en la
nanotecnología, incluida la mejora de los sistemas armamentísticos existentes y el desarrollo de
nuevas armas. (Sheller, 2012)
En el 2004 el Pentágono dedicaba más de 300 millones de dólares al año a la investigación de la
nanotecnología, y previa a un aumento en esa partida del presupuesto. Pero el cruce entre los usos
aparentemente civiles y los militares de la investigación y el desarrollo incrementa
considerablemente la presencia de los militares en este campo. Los militares patrocinan, se
asocian o trabajan mano a mano con los investigadores gubernamentales, universitarios o de
empresas privadas, y en última instancia constituyen un mercado potencial enorme para las
empresas que trabajan en este campo. El ejército norteamericano es uno de los buscadores de
patentes más agresivos en lo relativo a descubrimientos nanotecnológicos.
El programa Moldice ha sido especialmente diseñado para combinar las funciones sensoras de los
sistemas biológicos y de una circuitería de silicio para transmitir información al controlador.
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