INTRODUCCION.

En este trabajo de investigación presentamos las diferentes aplicaciones de la nanotecnología tanto como su influencia y la importancia que ahora tiene dentro de nuestra vida cotidiana, se desarrolla el tema con la explicación de lo antes mencionado, los productos donde encontramos nanomateriales y de qué forma nos ayudan.Se muestran los principales nanomateriales como lo son los nanotubos y las buckybolas, el negocio que estos representan para las empresas, su auge comercial y las formas en que se pueden presentar, las diferentes producciones y algo de la historia con respecto a las cantidades producidas de nanotubos de algunos años a la fecha.Concluimos con la presentación de las aplicaciones actuales que encontramos con nanomateriales y las aplicaciones estimadas para el futuro con este tipo de materiales.

NANOTECNOLOGÍA

En el mundo la nanotecnología es considerada clave en el desarrollo de la sociedad del siglo XXI.

Es un campo interdisciplinario y emergente en el que se conjuntan la física, la biología, la química y las ciencias sociales. Su objetivo es entender, determinar, manipular y explotar las características físicas de la materia al nano escala para generar innovaciones tecnológicas teniendo en consideración su impacto social y ambiental.

La posibilidad de creación de nuevos materiales y dispositivos, a partir de átomos y moléculas, parecen ilimitadas.

Estudiar cómo puede afectar la nanotecnología la calidad de vida mundial involucra sectores tan diversos como la economía, medicina, medio ambiente, desarrollo armamentístico, entre muchos otros.

Del mismo modo como se da por sentado que la nanotecnología va a revolucionar la fabricación, el cuidado de la salud, los viajes, el suministro de energía, suministro de alimentos, y la guerra, es necesario considerar que a su vez transformará lugares de trabajo, el sistema médico, el transporte y la infraestructura energética, la empresa agrícola y los militares.

El encuentro de la ciencia y la tecnología inicia en la última parte del siglo 19 acelerando el proceso de innovación, y por tanto el proceso de transformación de la sociedad también. La historia nos demuestra que las nuevas tecnologías raramente surgen de manera aislada. La revolución industrial no se trató simplemente de aprovechar la energía del vapor en el aumento de la capacidad de producción, sino también en las transformaciones en transporte, comunicaciones, construcción, agricultura, extracción de recursos, y, por supuesto, de desarrollo de armas.

Estos sistemas tecnológicos penetraron en los nichos más internos de la sociedad como el hogar y la familia, escuelas, lugares de trabajo y comunidades y los obligó a cambiar. Karl Polanyi señaló: "Separar el trabajo de otras actividades de la vida para someterla a las leyes del mercado es aniquilar a todas las formas orgánicas de la existencia y sustituirlos por otro tipo de organización, una atomista e individualista", del mismo modo la nanotecnología permea desde ahora de un modo inevitable el acontecer social de los individuos.

De acuerdo con la Nacional Science Fundación, la nanotecnología detonará un nuevo desarrollo tecnológico en el mundo equiparable a la Revolución Industrial del siglo XVIII.A corto plazo, el estado actual del conocimiento puede sugerir que la primera oleada de las nanotecnologías útiles se encontrará en el área de cobertura y detección. La capacidad para detectar, identificar con precisión, y aislar quizá moléculas individuales, virus u otro complejo a nano escala tiene una amplia aplicación en áreas tales como diagnóstico médico, medicina forense, defensa nacional y vigilancia del medio ambiente y el control.

En medicina el impacto en bien importante. Sensores médicos que puede, por ejemplo, "detectar una serie de señales de relevancia médica a alta sensibilidad y selectividad" no solo prometen ayudar al diagnóstico y tratamiento de la enfermedad, sino también para desarrollar perfiles predictivos de la salud de las personas.

La nanotecnología ofrece un inmenso potencial para aplicación militar. Un área de la nano-innovación actualmente muy requerida radica en un mayor uso de la automatización y la robótica para compensar las reducciones en mano de obra militar, reducir los riesgos para las tropas, y mejorar el rendimiento de los vehículos.

Uno de los riesgos de la fabricación molecular es el posible desequilibrio de la estructura económica actual, con una posible reducción masiva en el valor de muchos recursos materiales y humanos, incluyendo una gran parte de nuestra infraestructura actual.

La nanotecnología molecular permite la fabricación económica de aparatos con altísimo rendimiento. ¿Qué daños medioambientales podrán causar? El potencial de posibles daños es inmenso, desde aviones supersónicos personales volando bajo causando daños a animales , hasta la implementación de materiales más fuertes que permitirán el desarrollo de máquinas mucho más grandes, capaces de excavar o destrozar grandes áreas de nuestro planeta a un paso mucho más acelerado. La naturaleza compacta de maquinaria fabricada por la nanotecnología podría fomentar el uso de productos muy pequeños, que podrían a su vez convertirse con el tiempo en un tipo de nano-basura que sería difícil de limpiar y podría causar problemas de salud.

Se puede afirmar que al tomar en cuenta el impacto social negativo del desarrollo nanotecnológico surgen los mismos problemas para cualquier tipo de innovación tecnológica.

La palabra "nanotecnología" es usada para definir las ciencias y técnicas que se aplican a un nivel de nanoescala, esto es unas medidas extremadamente pequeñas "nanos" que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. La nanotecnología se aplica al desarrollo y producción de artefactos en cuyo funcionamiento resulta crucial una dimensión de menos de 100 nanómetros (1 nanómetro, nm, equivale a 10-9 metros). Se espera que, en el futuro, la nanotecnología permita obtener materiales con una enorme precisión en su composición y propiedades. Estos materiales podrían proporcionar estructuras con una resistencia sin precedentes y ordenadores o computadoras extraordinariamente compactas y potentes. La nanotecnología podría conducir a métodos revolucionarios de fabricación átomo por átomo y al empleo de cirugía a escala celular.

Un material cualquiera, a escala óptica, tiene, pongamos cuatrillones de átomos que, juntos, interaccionan y dan como resultado unas determinadas cualidades del material. Cuando esa cifra la reducimos a unos pocos cientos, el salto afecta a la esencia misma del material. En definitiva, las propiedades dependen del tamaño. En síntesis nos llevaría a la posibilidad de fabricar materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas.

Supondrá numerosos avances para muchas industrias y nuevos materiales con propiedades extraordinarias (desarrollar materiales más fuertes que el acero pero con solamente diez por ciento el peso), nuevas aplicaciones informáticas con componentes increíblemente más rápidos o sensores moleculares capaces de detectar y destruir células cancerígenas en las partes más dedicadas del cuerpo humano como el cerebro, entre otras muchas aplicaciones.

Por la poca energía que consumen los dispositivos derivados y por la facilidad para situarlos en cualquier punto, se espera que acaben estando presentes en todos los objetos y materiales que nos rodean cotidianamente. Además, hay que tener en cuenta que este tipo de materiales podrían tener efectos muy beneficiosos para el medio ambiente, precisamente porque producen efectos muy intensos con un consumo muy pequeño de materias primas y de energía.

Este desarrollo de la nanotecnología nos llevará a una segunda revolución industrial en el siglo XXI

Algunas de las utilidades serán fármacos que trabajan a nivel atómico, microchips capaces de realizar complejos análisis genéticos, generación de fuentes de energía inagotables, construcción de edificios con microrrobots, combates de plagas y contaminación a escala molecular, son sólo algunos de los campos de investigación que se desarrollan con el uso de la nanotecnología.

¿Qué es la nanotecnología?

Se destaca a menudo, pero vale la pena decirlo una vez más, que los materiales

nanoscópicos están en uso desde hace algún tiempo. Retrocediendo en el tiempo

varios siglos, el colorante utilizado en algunas piezas de cerámica de la edad media y

creado ex profeso para hacer vidriería deriva de las propiedades de materiales

nanoscópicos.Igualmente, las partículas nanoscópicas que se encuentran en forma

natural en ciertas  arcillas y lantánidos son utilizadas desde tiempo por algunas

industrias de la construcción. (FIG 1.1)

                                                                                            

    

 FIG 1.1se  muestran los

            primeros tipos de nanotecnología

            en los colorantes de

            algunas piezas de cerámica.

 Lo que distinguen a la nanociencia y la nanotecnología de estas formas tempranas de aplicación es la comprensión de qué los materiales actúan de forma que los hacen debido a propiedades que se manifiestan escala nanoscópicas  pero no a escala microscópica o escalas mayores, y el intento sistemático de predecir, controlar y explotar estas propiedades. En si la nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala.(FIG 1.2)

                                                

 FIG 1.2 Nanotecnología  el estudio,

         diseño, creación, síntesis,

         manipulación y aplicación de

         materiales.

A todos los efectos, reconoce la derrota de la definición de Drexler  basada en el

visionario documento fundacional de la nanotecnología, una conferencia pronunciada

en 1959 por el premio nobel Richard Feynman. Para Drexler, a la visión de Feynman

“prevé el desarrollo de nanomáquinas capaces  de construir nanomáquinas y otros

productos controlando los átomos de uno en uno “. Algo muy parecido a esta

definición estaba implícito en la forma de pensar del gobierno norte

americano  cuando el presidente Clinton puso en marcha el instituto Nacional de

Nanotecnología, según Drexler. (FIG 1.3)

FIG 1.3 Richard Feynman

           defendió y propuso el estudio

            y practica de nanotecnología

                  

Desde entonces el termino ha sido inapropiadamente utilizado y tergiversado debido a

que, por interés comercial, se ha malinterpretado al concepto  tratando de aprovechar

el prestigio que da y se lo ha despojado del hecho desagradable de que sus promesas

lo son a lo largo del término y de los peligros y temores que genera. Escribe Drexler:

El Doctor Samuel I. Strupp, de la Northwestern University, da como ejemplos de la

nanotecnología: “pigmentos de las pinturas; herramientas cortantes y recubrimientos

resistentes a la erosión; fármacos y medicamentos; partículas nanoscopicas y

componentes delgadísimos en dispositivos electrónicos; pulimentos para joyería,

cristales ópticos y semiconductores”. Cualquier conexión de esta miscelánea de

tecnologías y un programa de investigación inspirado en la visión de Feynman es casi

imperceptible.  (FIG 1.4)

FIG 1.4 “pigmentos de las pinturas,

              fármacos y medicamentos,

              cristales ópticos”. Cualquier conexión

              de esta miscelánea de Nanotecnología

DESARROLLO DE LA NANOTECNOLOGÌA

                                                                                          

El Problema de la definición no es meramente semántico. Acuñar y mantener una

definición de nanotecnología ampliamente aceptada tendría importantes

consecuencias en su comercialización. Si bien hubo movimientos en este sentido, en

el momento de redactar este ensayo no existía una calcificación omnicomprensiva de

la nanotecnología en las importantes oficinas  de patentes del mundo. Tampoco

existen la categoría “nanotecnología” en clasificaciones mercantiles como las que

utilizan los índices bursátiles del FTSE. Ello es importante porque sugieren que no hay

una industria o sector nanotecnológico identificable como tal, sino más bien un

amasijo  de aplicaciones reales o potenciales que abarcan muchas otras industrias y

sectores.

Hay  indicios de que las aplicaciones e la nanociencia tiene cierta coherencia,

especialmente si tenemos en cuenta que el uso de los términos “Nanociencia” y

“Nanotecnología” está bastante  extendido, y de que hay una batalla sobre el empleo

de los mismos. Otro indicio aun más concreto es el hecho de que la comunidad

financiera está tratando de definir  el sector para después seguirle la pista—Merril

Lynch tiene un “Índice Nanotecnológico” de veinticinco compañías involucradas en la

producción de semiconductores, instrumentaciones, sensores, diagnostica y una

amplia gama de otras actividades, y los beneficios futuros de las cuales se considera

que dependen estrechamente del proceso de la nanotecnología. Otro indicio es la

emergencia de núcleos geográficos de expertos, posibles precursores de un Silicon

Valley del siglo XXI.(FIG 1.5)

 FIG 1.5 se observa los grandes

            cambios que puede hacer la

            nanotecnología en estas

            ramas de la ciencia

Los ingenieros que actualmente están descubriendo que necesitan saber algo del

trabajo a escala nanoscópicas “aun siguen viéndose a sí mismo como trabajadores de

la industria militar, química, automovilística y electrónica- y no de la industria

nanotecnología”.(FIG1.6)

        

 FIG 1.6 Ingeniero electromecánico

Aplicaciones de la Nanotecnología

Los primeros frutos de la aplicación deliberada de la nanotecnología llevan ya algún

tiempo en los estantes de las tiendas, y es muy probable que la introducción de

nuevas aplicaciones comerciales no se haga esperar mucho. De hecho ha sido la

introducción sin debate de nanomateriales en productos de consumo lo que hasta la

fecha ha suscitado la mayor preocupación respecto a la falta de regulación. La

campaña para el etiquetaje de los alimentos genéticamente modificados o que

contenían ingredientes genéticamente modificados fue muy vocinglera y pronto llegó a

los estamentos más altos de la diplomacia comercial. De momento no se ha producido

nada parecido con respecto a los nanomateriales. (FIG 2)

 FIG 2 Aplicaciones de la  Nanotecnología

En el año 2004 la página web del grupo ETC reprodujo un documento de unas ocho

páginas de la Agencia Norteamericana de Protección Medioambiental con un listado

de aplicaciones de nanomateriales ya existentes o a punto de salir al mercado, por

compañía, nombre del producto y función. La gama de estas aplicaciones cubría un

amplio espectro, desde tratamientos para tejidos hasta equipos de laboratorio, desde

material deportivo hasta blindajes ligeros, tintas de inyección o administración de

fármacos.

En el estudio más arriba citado la Royal Society and Royal Academy of Engineering

listaba un número de aplicaciones de nanomateriales que ya forman parte de las vidas

de los consumidores en las sociedades económicamente más desarrolladas que se

espera que lo hagan en un periodo inferior a cinco años. Entre ellas destacan:

1.- Lociones solares y cosméticos: El dióxido de Titanio y el Óxido de Zinc a escala

nanoscópica son transparentes a la luz visible pero en cambio absorben o reflejan la

luz ultravioleta que daña la piel de los bañistas. Estas dos cualidades hacen posible

que empresas como Johnson&Johnson o L’Oreal fabriquen crema solar “invisible” y

crema cosmética antiarrugas destinadas a complacer aún más la vanidad de los

consumidores. El Óxido de Hierro a escala nanoscópica se usa para fabricar pigmento

para lápices de labios.    (FIG 2.1)

 FIG 2.1 Nanotubos

2.- Los tejidos utilizados para fabricar vestidos, colchones, tapices y muñecos de

peluches se tratan cada vez más con capas de materiales nanoscópicos. La

posibilidad de controlar la porosidad a escala nanoscópica significa que los tejidos

pueden hacerse resistentes al agua, a las manchas o al sudor mantenido al mismo

tiempo la transpirabilidad. Marcas tan conocidas como Nike, Dockers, Savane, DKNY,

Benetton y Levi´s utilizan esos nuevos materiales en algunos productos al igual que

los fabricantes de camas Sleepmaker y Dreamland. Un fabricante británico de

productos químicos y la casa Woolmark han creado una sociedad conjunta llamada

Sensory Perception Technology, cuya “filosofía” comercial expresan del siguiente

modo:

Vivimos en un mundo en el que el sentido dominante es la vista y a menudo

desatendemos a nuestros otros sentidos como el tacto o el olfato.

Pero imaginemos un mundo sensorialmente más rico en el que en el que la ropa

deportiva nos refresque mientras hacemos deporte, que nuestra camisa rechace el

olor a tabaco o repela a los mosquitos. Un mundo en el que, al sentarnos en nuestro

sofá, nos invada un perfume a flores del campo o en el que percibamos el olor a éxito

en una sala de reuniones o una nota exótica al cruzar el vestíbulo de un hotel de lujo.

Bayer, el gigante de la industria alemana, ha desarrollado una técnica para rociar

tejidos y pieles con unas gotitas de perfume microscópicas encapsuladas en unas

burbujas con una superficie de un grosor nanométrico. (FIG 2.2)

2.2 Aplicaciones médicas de la nanotecnología

3.- Los fabricantes de vidrio y de sanitarios están ya comercializando lunas de cristal y

espejos para cuartos de baño autolimpiantes. También el dióxido de Titanio a escala

nanoscópica es importante en estas aplicaciones de autolimpieza por su capacidad de

repelar la humedad y por sus propiedades bactericidas. El fabricante de vidrio

británico Pilkington afirma que su producto fue el primero de este tipo en salir al

mercado, pero otros fabricantes, como St Gobain por ejemplo, también tienen

productos similares.

4.- Las herramientas cortantes nanocristalinas de carburo de tungsteno, carburo de

tantalio y carburo de titanio han encontrado ya aplicación en áreas especializadas

como la perforación de tarjetas de circuitos.

5.- Los fabricantes de pinturas serán seguramente los principales usuarios de

nanomateriales a corto plazo, y una interesante aplicación en este campo empezó su

fase experimental en Europa financiada por la unión Europea en 2004. La empresa

Millenium Chemical ha desarrollado una pintura que utiliza la misma propiedad del

dióxido de Titanio nanoscópico que se emplea para absorber la luz ultravioleta en los

bronceadores, y que capta cantidades de energía suficientes como para convertir el

Óxido de Nitrógeno contaminante del aire en ácido Nítrico que puede eliminarse o

convertirse de forma natural en otras sustancias inocuas. La idea es que la pintura

neutralice algunas de las emisiones de los automóviles. También desde hace tiempo

disponemos de pinturas anti grafitti y de pinturas resistentes a las grietas en cuya

fabricación se usan nanomateriales.

6.- En 2002, la General Motors, el mayor fabricante de automóviles del mundo,

introdujo por vez primera un nanoconglomerado en la carrocería de uno de los

vehículos que comercializa. Se trata de una arcilla con unas propiedades

nanoscópicas muy útiles que se dispersa por el interior de una resina plástica

formando un material relativamente poco costoso que reduce el peso de la carrocería

(y que por tanto permita el ahorro de combustible) siendo al mismo tiempo muy

resistente y, según la compañía, reciclable. Dos años más tarde este

nanoconglomerado se utilizó en el Impala, el modelo de mayor cubicaje de General

Motors. Con un total de 540,000 libras al año, la General Motors es el principal usuario

de estos nanocompuestos en todo el mundo.

7.- Desde finales de la década de 1960, las propiedades catalíticas a escala

nanoscópica de determinadas sustancias han sido explotadas por las refinerías de

petróleo y las industrias petroquímicas para aumentar la cantidad de productos

derivados obtenidos. Los sólidos cristalinos porosos conocidos como zeolitos son

particularmente útiles. Se calcula que la eficiencia derivada del uso de zeolitos en las

refinerías norteamericanas presentó un ahorro, en 1998, de entre ocho mil y dieciséis

mil millones de dólares en importación de petróleo.

8.- El sector de la tecnología de la información es uno de los sectores en los que se

espera que la nanotecnología tenga un mayor impacto. La producción de

componentes informáticos pertenece ya a la nanoesfera debido a que los fabricantes

ya hace tiempo tratan de introducir cada vez más memoria y más potencia de

procesamiento en espacios cada vez más pequeños.

 En 2003 IBM presentó una nueva generación de discos duros para ordenadores

personales hechos con una especie de bocadillo de materiales de pocos átomos de

grosor y con unas propiedades magnéticas especiales que permiten cuadruplicar su

capacidad en el almacenamiento de datos. En 2004 los chips de ordenador incluían

componentes de unos 130 nanómetros de grosor ligeramente por encima de los 100

nanómetros que se considera el umbral definitorio de la escala nanoscópica, pero

pronto iban a cruzar este umbral gracias a la introducción de nuevas técnicas

litográficas. Efectivamente en Agosto de 2004, mientras la empresa Advanced Micro

Devices anunciaba que había empezado a producir microprocesadores hechos

usando componentes de 90 nanómetros.

9.- Nanopartículas de Fosfato de Calcio y proteína se usan ya como el medio más

eficaz de taponar los diminutos canales de las muelas que tanto dolor producen

cuando la muela entra en contacto con alimentos fríos. La apatita artificial se comporta

exactamente igual que el esmalte dental. (FIG 2.3)

 FIG 2.3 Aplicaciones a la salud.

En Diciembre de 2004 una revista especializada publicó la lista de los diez productos

nanotecnológicos del año. La mayoría de ellos, según especificaba la revista, habían

sido comercializados por el sector de materiales deportivos. En esta lista de productos

corrientes había desde calentadores hasta colchonetas lavables pasando por pelotas

de golf indeformables y adhesivos para dentaduras postizas.

La producción de nanomateriales y herramientas nanoscópicas se ha convertido ya en

una industria de un tamaño considerable. En 2003, el grupo ETC citaba estimaciones

según las cuales unas 140 compañías en todo el mundo estaban produciendo

Nanopartículas.

A medida que las técnicas han ido mejorando y la producción se ha incrementado, el

precio de los nanotubos de carbono y de las buckybolas, considerados como los

componentes básicos de la nanociencia, se ha reducido considerablemente. En 1999,

el costo de las buckybolas era de 600 dólares el gramo. Tres años más tarde era de

30 dólares. A finales de 2004, la corporación Rosetter Holdings, con base en Chipre,

anunciaba nanotubos a 20-25 dólares el gramo y declaraba tener una capacidad de

producción de unos 30 gramos por hora. En Estados Unidos la empresa de Richard

Smalley Carbon Nanotubes esperaba producir unas mil libras al día en 2005.

A principios de 2003 cincuenta y cinco empresas estaban fabricando nanotubos de

carbono y al menos veinte proyectaban vender cantidades industriales, cientos de

toneladas, de buckybolas.(FIG 2.4)

                       

 FIG 2.4 Número de transistores por año.

 

 

 

Aplicaciones actuales

Nanotecnología aplicada al envasado de alimentos

Una de las aplicaciones de la nanotecnología en el campo de envases para

alimentación es la aplicación de materiales aditivados con nanoarcillas, que mejoren

las propiedades mecánicas, térmicas, barrera a los gases, entre otras; de los

materiales de envasado. En el caso de mejora de la barrera a los gases, las

nanoarcillas crean un recorrido tortuoso para la difusión de las moléculas gaseosas, lo

cual permite conseguir una barrera similar con espesores inferiores, reduciendo así

los costos asociados a los materiales.(FIG 2.5)

               

 FIG 2.5 nanoarcillas crean             un recorrido tortuoso             para la difusión de las moléculas             gaseosas, lo cual permite conseguir             una barrera similar con espesores inferiores,             reduciendo así los costos asociados             a los materiales

Los procesos de incorporación de las nanopartículas se pueden realizar mediante

extrusión o por recubrimiento, y los parámetros a controlar en el proceso de

aditivación de los materiales son: la dispersión nanopartículas, la interacción de las

nanopartículas con la matriz, las agregaciones que puedan tener lugar entre las

nanopartículas y la cantidad de nanopartículas incorporada.

Alúmina nanoporosa

Conjuntos de nanoporos de 150 nm de diámetro creados mediante anodización

electroquímica de superficies de alúmina. Posibles aplicaciones como filtros para aire

y líquidos, celdas de combustible, almacenamiento de hidrógeno, etc.

Capas de nanobarras semiconductoras

Estas nanobarras de óxido de cinc (ZnO), con diámetros de 100 nm y longitudes de

1.5 micras, podrían utilizarse como sensores moleculares, antenas para detección de

radiación electromagnética o dispositivos optoelectrónicos.(FIG 2.6)

FIG 2.6nanobarras de ZnO, con diámetros         de 100 nm y longitudes de 1.5 micras

Células solares más eficientes basadas en nanotubos.

Estos nanotubos de óxido de Titanio (TiO2) son fáciles y baratos de preparar

mediante procedimientos electroquímicos, y mejoran la eficiencia en el transporte de

carga eléctrica generada a partir de energía solar.(FIG 2.7)

                                                FIG 2.7 Nanotubos de óxido de Titanio  Trabajando en industria

Futuras aplicaciones

Según un informe de un grupo de investigadores de la Universidad de Toronto, en

Canadá, las quince aplicaciones más prometedoras de la nanotecnología son: Almacenamiento, producción y conversión de energía. Armamento y sistemas de defensa. Producción agrícola. Tratamiento y remediación de aguas. Diagnóstico y cribaje de enfermedades. Sistemas de administración de fármacos. Procesamiento de alimentos. Remediación de la contaminación atmosférica. Construcción. Monitorización de la salud. Detección y control de plagas. Control de desnutrición en lugares pobres. Informática. Alimentos transgénicos. Cambios térmicos moleculares (Nanotermología).