Nanomateriales en Ingeniera Civil

TABLA DE CONTENIDO

1. NANOTECNOLOGA: GENERALIDADES21.1.Qu es Nano?31.2.Historia y antecedentes51.3.Enfoque interdisciplinario de la nanotecnologa72.TIPOS DE NANOTECNOLOGA82.1.Top-down / Reduccin de tamao82.2.Bottom-up /Autoensamblado82.3.Nanotecnologa seca:82.4.Nanotecnologa hmeda:92.4.1.Nanotecnologa seca y hmeda:92.4.2.Los nuevos avances de la nanotecnologa en el medio ambiente9

1. NANOTECNOLOGA: GENERALIDADES

La nanotecnologa es el estudio, diseo, creacin, sntesis, manipulacin y aplicacin de materiales, aparatos y sistemas funcionales a travs del control de la materia a nano escala. La nanotecnologa es un campo de las ciencias aplicadas dedicado al control y manipulacin de la materia a una escala menor que un micrmetro, es decir, a nivel de tomos y molculas (nanomateriales). Lo ms habitual es que tal manipulacin se produzca en un rango de entre uno y cien nanmetros. Es un campo de la ciencia que crea elementos extremadamente microscpicos, al nivel de tomos, logrando as, aplicaciones, dispositivos e instrumentos diminutos. Tecnologa que construye aparatos a escala molecular. La Nanotecnologa es un conjunto de tcnicas que se utilizan para manipular la materia a la escala de tomos y molculas. Nano es un prefijo griego que indica una medida, no un objeto. Es decir solamente habla de una escala.

Figura 1. Esquema de tomo1.1. Qu es Nano?Nano es un prefijo que significa mil millonsima, As un nanmetro (10^-9 m) es una millonsima parte del milmetro. Un tomo es la quinta parte de esa medida, es decir, cinco tomos puestos en lnea suman un nanmetro. Para hacerse una idea de la equivalencia de un nano: El dimetro de un cabello es cien mil veces mayor que un nanmetro. Una clula mide 20000 nanmetros. Una hormiga = 10^-2 m aprox. Una clula = 20*10^-6 m Un ribosoma = 25 nanmetros Un nanmetro cbico = 258 tomos de C. Una molcula de ADN mide 2.5 nanmetros de ancho. Un glbulo rojo mide 5000 nanmetros de dimetro.

Figura 2. Esquema de prefijos de medidas

Figura 3. Bacteria E. coli

Figura 4. Cristal de zafiro atacado por lser

1.1. Historia y antecedentes:

1820 Faraday y su descubrimiento de la ley de induccin magntica

En la que demostraba que el voltaje inducido es directamente proporcional a la velocidad con la que cambia el flujo magntico que atraviesa una superficie con el circuito como borde. 1947, John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley inventaron el transistor, recibiendo el Premio Nobel de Fsica por ello en 1956. Toda la electrnica actual se basa en e transistor. El transistor el caso ms claro de la dualidad ciencia y tecnologa.

Figura 5. Microcomponentes y resistencias 1959 Richard Feynman hizo por primera vez pblica la visin de intervenir a nivel atmico. Sus reflexiones no generaron gran impacto en la poca.

Figura 6. Richard Fevnman 1982 Descubrimiento del 'microscopio de barrido efecto tnel' (STM), por Gerd Binning y Heinrich Rohrer.Fueron galardonados con el Premio Nobel de Fsica en 1986 por su invencin.Ha permitido obtener mapas muy precisos de superficies en las que cada tomo puede distinguirse.Ha proporcionado tambin imgenes atmicas de molculas de ADN, de extrema importancia en gentica.

Figura 7. Imagen de tomos de hierro (Fe) sobre cobre (Cu)colocados usando un microscopio de efecto tnel. 1986 - K. Erik Drexler, Insinu la posibilidad de crear sistemas de ingeniera a nivel molecular en su libro Los motores de la creacin.

Figura 8. Erik Drexler1.2. Enfoque interdisciplinario de la nanotecnologa La nanotecnologa es verdaderamente multidisciplinaria. Colaboran especialistas en materiales con ingenieros mecnicos y electrnicos pero tambin con investigadores mdicos, bilogos, fsicos y qumicos. Una cosa une toda investigacin nanoescalar y es la necesidad de compartir conocimientos sobre mtodos y tcnicas, y combinarlos con estudios sobre las interacciones atmicas y moleculares en este nuevo territorio de la ciencia. Desde distintos campos investigativos convergen en ese nuevo territorio, potentes y novsimos conceptos y capacidades como, por ejemplo, la capacidad de imaginacin y visualizacin a escala atmica, la auto organizacin y las relaciones biolgicas entre las estructuras y las funciones, y todo ello con instrumentos de clculo cada vez ms potentes.La nanotecnologa requiere aportaciones de mltiples campos.Adems de incluir: Fsica, Qumica, IngenieraTambin abarca el mbito de: Biologa, Medicina, Medio Ambiente

Figura 9. Avance de la nanociencia y la tecnologa2. TIPOS DE NANOTECNOLOGA

Segn la forma de trabajo la nanotecnologa se divide en:1. Top-down / Reduccin de tamao2. Bottom-up /Autoensamblado2.1. Top-down / Reduccin de tamaoLiteralmente de arriba hacia abajo, en el sentido de desde lo macro (mayor) hacia lo micro (menor). Los mecanismos y las estructuras se miniaturizan a escala nanomtrica. Este tipo de nanotecnologa ha sido el ms frecuente hasta la fecha, ms concretamente en el mbito de la electrnica, donde predomina la miniaturizacin.2.2. Bottom-up /AutoensambladoLiteralmente de abajo hacia arriba, en el sentido de desde lo micro (menor) hacia lo macro (mayor). Se comienza con una estructura nanomtrica como una molcula y mediante un proceso de montaje o autoensamblado, totalmente automtico, se crea un mecanismo mayor que el mecanismo con el que comenzamos. Este enfoque, en parte considerado como el nico y verdadero enfoque nanotecnolgico, ha de permitir que la materia pueda controlarse de manera extremadamente precisa.Segn el campo en el que se trabaja la nanotecnologa se divide en:2.3. Nanotecnologa seca: Fabricacin de estructuras en carbn (como nanotubos), silicio, materiales inorgnicos, metales y semiconductores. Electrnica, magnetismo y dispositivos pticos. Auto ensamblaje controlado por computadora.2.4. Nanotecnologa hmeda: Sistemas biolgicos que existen en un entorno acuoso incluyendo material gentico, membranas, encimas y otros componentes celulares. Organismos vivientes cuyas formas, funciones y evolucin son gobernados por las interacciones de estructuras de escalas nanomtricas.2.4.1. Nanotecnologa seca y hmeda:Las ltimas propuestas tienden a usar una combinacin de la nanotecnologa hmeda y la nanotecnologa seca. Una cadena de ADN se programa para forzar molculas en reas muy especficas dejando que uniones covalentes se formen slo en reas muy especficas.2.4.2. Los nuevos avances de la nanotecnologa en el medio ambiente Los aerogeles son la primera tecnologa reseada en el artculo. A los aerogeles, que estn en el mercado desde 2003, tambin se los llama a veces "humo congelado". Son la sustancia ms ligera posible: slo el doble que el aire. Se fabrican usando bolsas de aire de tamao manomtrico envueltas en silicio.Al ser transparentes, ligeros, resistentes y aislantes, los aerogeles se presentan como una alternativa al cristal muy conveniente para uso arquitectnico, por ejemplo para tragaluces y techos. Estos geles se pueden aprovechar para el transporte de gas natural licuado.Unas clulas solares en forma de finas pelculas resuelven muchos de los puntos flacos de las tecnologas solares actuales. Los componentes usados hoy da se basan en el silicio y son costosos y frgiles. Las clulas solares plsticas, o pelculas finas orgnicas, se componen de nanopartculas y polmeros.

3. NANOTECNOLOGIA EN LA INGENIERIA CIVIL.

La nanotecnologa comnmente se asocia a los instrumentos que contienen nano chips o a los de un tamao muy pequeo, todos estos desarrollados por cientficos e investigadores especializados en este tema, pero la nanotecnologa hoy en da se encuentra en diversos campos en los que se han innovado nuevos mtodos formas de realizar las tareas e incluso nuevos materiales. Un claro ejemplo de estos campos es el de la ingeniera en sus diferentes ramas de aplicacin, evolucionando a cada una de estas ramas

BIBLIOGRAFIA.