N A N O T E C N O L O G I A

Historia

Nanociencia

Nanometra

Parmetros pticos

Rayos X

Microscopio electrnico analtico de transmisin de alta resolucin

Partes de un microscopio de transmisin (TEM)

Microscopio de barrido de tnel

Microscopio de fuerzas atmicas

Manoscopio de micro esferas

Mtodos para producir nanopartculas

Tcnicas de aplicacin: Top Down

Botton up

Medio de aplicacin: Seca

Hmeda

Nanomateriales

Tipos de nanomateriales

Nanoestructuras de Carbono

Fullerenos

Nanotubos

Grafeno

Nanocelulosa cristalina

Introduccin Que es la celulosa

Materias primas

Extraccin

Caracterizacin

Propiedades

Generalidades

Conclusin

ISFD N 1 de AvellanedaNANOTECNOLOGADocente: Ing. Jorge ScagnettiLa revolucin de lo invisibleAlumnos:Julio ValleHctor KamilJuan LucianoMarcelo SainzHernn Oger

HISTORIA

1931 -Investigacin mediante microscopio electrnico.

1959 -

Richard Feynman Conferencia "Hay mucho sitio en lo ms abajo".

1974 -La nanotecnologa es el trmino creado por Norio Taniguchi.

1981 -Investigacin por medio de microscopio de tnel.

1985 -Descubrimiento fullereno, es la tercera forma molecular ms estable del carbono, tras el grafito y el diamante.

1985 -Eric Drexler lanza el libro "Los motores de la creacin, la prxima era de la nanotecnologa".

1991 -

Descubrimiento de los nanotubos.

1992 -Descubrimiento de nanocones, estructuras cnicas que estn hechas predominantemente de carbono.

Aplicaciones de la nanotecnologa

NANOCIENCIAEs el estudio, diseo, creacin, sntesis, manipulacin y aplicacin de materiales, aparatos y sistemas funcionales a travs del control de la materia a nanoescala, y la explotacin de fenmenos y propiedades de la materia a nano escala.

El nanmetro es la unidad de longitud que equivale a una milmillonsima parte de un metro. Comnmente se utiliza para medir la longitud de onda de la radiacin ultravioleta, radiacin infrarroja y la luz La abreviatura del nanmetro es nm.1 nm = 1x10-9 m

Nanmetrologa

Parmetros pticos Aumento Nmero de campo

Poder de resolucin Profundidad de campo

Lmite de resolucin Contraste

AumentoSe calcula multiplicando el aumento del objetivo por el aumento del ocular.40 x X 10 x = 400 x

Poder de resolucin Es la capacidad del instrumento para dar imgenes distintas de puntos situados muy cerca uno del otro en el objeto. Depende de: la long. de onda () y de la apertura numrica (AN).

Es la capacidad de reunin de la luz de objetivo, tambin se encuentra grabada en la manga del lente.

Lmite de resolucinEs la distancia mnima que debe existir entre dos puntos para que puedan ser discriminados como tales.El Lmite de Resolucin es la inversa del Poder de Resolucin, de manera que cuanto mayor sea ste, menor ser el Lmite de Resolucin.

Lmite de resolucin =

Nmero de campoEs el dimetro de la imagen observada a travs del ocular, expresado en milmetros.

Profundidad de campoEspesor de la preparacin enfocada en cualquier momento.

ContrasteDiferencia de absorcin de luz entre el objeto y el medio.Puede aumentarse con las tinciones.

RAYOS XCon los rayos X podemos ver objetos en la escala atmica y molecular porque sus longitudes de onda estn entre 0,01 y 10 nm. Sin embargo, no es posible enfocar los rayos X, y las imgenes que se obtienen son difusas. Por otro lado, al ser partculas cargadas, los electrones se enfocan aplicando un campo elctrico o un campo magntico, de la misma forma como se enfoca una imagen en la pantalla de televisin. Segn la mecnica cuntica la longitud de onda de un electrn est en proporcin inversa con su velocidad. Si los electrones se aceleran a grandes velocidades, se obtienen longitudes de onda tan cortas como 0,004 nm.

Microscopio electrnico analtico de transmisin de alta resolucin Permite observaciones de hasta 0,28 nm. de resolucin.Puede focalizar el haz de electrones hasta 2 nm. de dimetro y trabaja con voltajes de aceleracin variables de 20 a 200 kV.Lleva un sistema computarizado de anlisis de energa de rayos X dispersados que permite determinar la composicin qumica de la regin sobre la que se focaliza el haz electrnico.

Aumentos entre 5 000X y 1 000 000X

Partes principales de un microscopio electrnico de Transmisin (TEM) son:

Microscopio de barrido efecto tnelVisualiza objetos del tamao de nanmetros.Inventado en 1981 por G. Binning y H. Rhrer, (Premio Nobel de Fsica en 1986 por su invencin).Dispone de una aguja tan afilada que en su extremo slo hay un tomo.La punta se sita sobre el material y se acerca hasta la distancia de 1 nanmetro.Una corriente elctrica dbil genera una diferencia de potencial de 1 voltio. Al recorrer la superficie de la muestra, la aguja reproduce la topografa atmica de la muestra.

AplicacionesImgenes atmicas de molculas de ADN.Mover tomos individuales.Mapas precisos de superficies de metales o de semiconductores, cada tomo puede distinguirse de su vecino.

En el STM la fuente de electrones es una aguja de un material metlico (muchas veces de tungsteno) con una punta muy fina. Entre la aguja y la superficie de la muestra se mantiene un voltaje que permite a los electrones atravesar la barrera de potencial. Cuando la aguja pasa sobre la superficie de la muestra a unos cuantos dimetros atmicos de distancia, se mide la corriente tnel. Esta corriente decae exponencialmente con el aumento de la distancia entre la aguja y la muestra. Con un circuito de retroalimentacin, se ajusta la posicin vertical de la punta para mantenerla a una distancia constante de la superficie de la muestra. La magnitud de estos ajustes da un perfil de la muestra, lo cual se registra y se proyecta como una imagen tridimensional con colores falsos.

Microscopio de fuerzas atmicasInstrumento mecnico- ptico que detecta fuerzas a nivel atmico (del orden de los nanoNewton) a travs de la medicin ptica del movimiento sobre la superficie.Obtiene imgenes tridimensionales de la superficie de muestras(Sin preparacin especial de las muestras).Lleva acoplado un microscopio ptico (permite la visualizacin del conjunto punta-muestra y poder situar la punta sobre una zona determinada de la muestra).Distingue detalles en la superficie de la muestra con una amplificacin de varios millones (Resolucin de menos de 1nm).

AplicacionesAnlisis de: Cristales de aminocidos. ADN y ARN Complejos Protena - cidos nucleicos. Cromosomas. Membranas celulares. Protenas y ppticos Cristales moleculares. Polmeros y biomateriales Componentes de las membranas de la clula.

Nanoscopio de micro esferasUtiliza microesferas transparentes de dixido de silicio con un dimetro entre 2 y 9 micras, las cuales se utilizan como superlentes para superar el lmite de difraccin de la luz blanca. Permite operar en modo de transmisin (la luz atraviesa la muestra y llega al observador) y en modo de reflexin, donde la luz es reflejada por la muestra antes de alcanzar al observador (el proceso habitual en la visin).

Las superficies de los objetos, incluso de objetos tan diminutos como un virus, emiten ondas evanescentes que desaparecen con tanta rapidez que usualmente se pierden. Las microesferas recogen estas ondas evanescentes para formar imgenes virtuales que pueden ser capturadas por lentes convencionales.

Vista esquemtica de un STM.

Los componentes de un STM incluyen la punta de exploracin, un piezoelctrico de altura controlada, escner x-y, control muestra-a-punta, sistema de aislamiento de vibraciones, y computadora.La resolucin de una imagen es limitada por el radio de curvatura de la punta exploradora del STM. Adicionalmente, artefactos de imagen pueden ocurrir si la punta tiene dos puntas al final en vez de un nico tomo; esto lleva a "imgenes de doble punta", una situacin en la que ambas puntas contribuyen al efecto tnel. Por tanto ha sido esencial desarrollar procesos para obtener consistentemente puntas afiladas y tiles. Recientemente, nanotubos de carbono han sido utilizados para este propsito.

La punta es a veces hecha de tungsteno o platino-iridio, aunque el oro es tambin utilizado. Debido a la extrema sensibilidad de la corriente tnel a la altura, es imperativo un apropiado aislamiento de vibraciones o un cuerpo extremadamente rgido del STM para obtener resultados tiles. En el primer STM de Binnig y Rohrer, la levitacin magntica fue usada para mantener el STM libre de vibraciones; ahora son usados a menudo sistemas de resortes o resortes de gas. Adicionalmente, son implementados a veces mecanismos para reducir las corrientes parsitas.

La nanociencia est dedicada al control y manipulacin de la materia a una escala menor que un micrmetro, es decir, a nivel de tomos y molculas (nanomateriales). Tal manipulacin se produce en un rango de entre uno y cien nanmetros. Se tiene una idea de lo pequeo que puede ser un nanobot sabiendo que un nanobot de unos 50 nm tiene el tamao de 5 capas de molculas o tomos.

Para comprender el potencial de esta tecnologa es clave saber que las propiedades fsicas y qumicas de la materia cambian a escala nanomtrica, lo cual se debe a efectos cunticos. La conductividad elctrica, el calor, la resistencia, la elasticidad, la reactividad, entre otras propiedades, se comporta de manera diferente que en los mismos elementos a mayor escala. La "materia prima" de la nanotecnologa son los elementos qumicos de la Tabla Peridica, que son los ladrillos de todo lo existente, tanto vivo como no vivo.

Mtodos para producir nanopartculas

Tcnicas de aplicacin

Top-DownDe menor a mayor. Los mecanismos y las estructuras se miniaturizan a escala nanometrica.

Bottom upDe menor a mayor. Se centra en la construccin de estructuras y objetos a partir de sus componentes atmicos y moleculares; para algunos cientficos es el enfoque principal de la nanotecnologa ya que ha de permitir que la materia pueda controlarse de manera precisa.

Medio de aplicacin

Seca Va dirigida principalmente al campo de la electrnica y a todos aquellos elementos cuya funcionalidad se vean directamente alterados por la exposicin a un medio hmedo, como por ejemplo el magnetismo, dispositivos pticos, y desarrollos de materiales inorgnicos.HmedaVa dirigida al desarrollo de sistemas biolgicos para la manipulacin de material gentico, membranas, encimas y componentes celulares y todo sistema que necesite un medio acuoso.

NanomaterialesSon materiales con propiedades morfolgicas ms pequeas que un micrmetro en al menos en una dimensin.

Pueden ser subdivididos en nanopartculas, nanocapas y nanocompuestos. El enfoque de los nanomateriales es una aproximacin desde abajo hacia arriba a las estructuras y efectos funcionales de forma que la construccin de bloques de materiales sean diseados y ensamblados de forma controlada.La clasificacin consta de cuatro tipos: Basados en carbono: son los que estn formados por un gran porcentaje de carbono y adoptan formas como esferas huecas, elipsoides o tubos.Basadas en metal: son aquellos que incluyen puntos cunticos nanopartculas de oro y plata.

Dendimetros: tienen la caracterstica de ser polmeros construidos a partir de unidades ramificadas.Compuestos: tienen la capacidad de combinar nanopartculas con otras similares o con materiales de mayor tamao.

Tipos de nanomaterialesNanocompuestos: Se trata de materiales creados introduciendo, en bajo porcentaje, nanopartculas en un material base llamado matriz. Con el resultado se obtiene materiales con propiedades distintas a las de los materiales constituyentes. Por ejemplo en propiedades mecnicas (como la rigidez y la resistencia). Los nanopolmeros son usados para relleno de grietas en estructuras afectas por sismos, por ejemplo.

Nanopartculas: Se trata de partculas muy pequeas con al menos una dimensin menor de los 100nm. Las nanopartculas de silicato y las metlicas, se usan en los nanocompuestos polimricos.Nanotubos: Son estructuras tubulares con dimetro nanomtrico. Aunque pueden ser de distinto material, los ms conocidos son los de silicio y principalmente, los de carbono. Son tipo de tubos concntricos (o multicapa). Algunos estn cerrados por media esfera de fullereno.Superficies nanomoduladas: Son ordenadas o multicapa.Materiales nanoporosos: Principalmente de slica y almina. Usados para captura de elementos nocivos.Nanocapas: Se trata de recubrimientos con espesores de nanoescala. Son usados en barnices, lubricantes o para endurecer compuestos frgiles o como proteccin ante la corrosin.Nanoestructuras biolgicas: Materiales biomimticos a escala nanomtrica. Como polmeros usados como base para el crecimiento de la piel. O gomas antimicrobianas.

Nanoestructuras de CarbonoEl carbono es el elemento qumico ms estudiado, es el elemento central de la biologa y la medicina, y tambin fundamental en la produccin de energa y conservacin del medio.

Hasta mediados de la dcada de los 80, slo se conocan dos formas cristalinas del carbono, con caractersticas completamente diferentes:El diamante, slido transparente con estructura cristalina cbica, de gran rigidez, que lo convierte en el material con mayor dureza y conductividad trmica de todos los conocidosEl grafito, mineral de color gris oscuro con estructura de lminas apiladas, que tienen tendencia al deslizamiento y hacen de l un buen lubricante.

Es sorprendente que un mismo elemento qumico pueda dar lugar a materiales con caractersticas tan diferentes (formas alotrpicas). El enlace particular de las lminas de grafito est en el origen de una serie de nuevos materiales: los fullerenos, nanotubos de carbono y grafeno nos colocan en el terreno de la nanotecnologa.

El grafeno es la unidad elemental bsica necesaria para construir todos los materiales grafticos de las dems dimensiones. Por ejemplo, se puede arquear en estructuras de cero dimensiones (0D), como es el caso de los fulerenos, se puede enrollar en estructuras 1D, dando lugar a los nanotubos de carbono y, finalmente, se puede apilar sucesivamente dando lugar al grafito tridimensional (3D).

FULLERENOSSon molculas en forma de jaulas cerradas altamente simtricas, constituidas por tomos de carbono. Tercera forma alotrpica conocida del carbono.Fue descubierto por Robert Curl, Harold Kroto y Richard Small, Premio Nobel de Qumica del ao 1996. Se le dio el nombre por el arquitecto Buckminster Fuller.

Los fullerenos son familia del grafito y el diamante. Sus molculas estan unidas por dbiles fuerzas intermoleculares, por lo se mueven fcilmente. A consecuencia de ello, el cristal es plstico a temperatura ambiente.

C60 cumple con la regla del pentgono aislado

Tiene una estructura 12 pentgonos y 20 hexgonos, la existencia de pentgonos en la estructura es responsable de la geometra cncava de sta.

Los fullerenos son termodinmicamente menos estables que el grafito y el diamante.Solubles en ciertos disolventes orgnicos e insolubles en disolventes polares o con enlaces de hidrgeno (agua).

Se aplican en la fabricacin de clulas fotovoltaicas orgnicas, donde se utilizan compuestos de carbono en lugar de silicio. En dichas clulas, un polmero orgnico se encarga de la absorcin de luz y excitacin de cargas positivas y negativas. Estas ltimas son captadas preferentemente por los fullerenos, iniciando as el transporte de electricidad.

En biomedicina: tienen propiedades antioxidantes, por su facilidad para captar radicales, tambin son antivirales, por su capacidad para incorporarse a los virus (y desactivarlos), pueden ser una herramienta muy til para la administracin de frmacos a nivel celular, por su capacidad para ligarse a protenas y molculas ms complicadas.

Considerando la reactividad son potencialmente txicos dado que son materiales lipoflicos que tienden a ser almacenados por los organismos en zonas de tejidos grasos. Pueden inducir un estrs oxidante en los cerebros de los peces rbalo y considerable grado de mortalidad del Daphnia Magna (un diminuto crustceo, popular alimento para peces de acuario) cuando son expuestos a ciertas nanopartculas.

Podran ser efectivos como agentes bactericidas tanto para bacterias positivas como negativas en un cultivo dado, en particular los fullerenos del tipo C60 podran potencialmente inhibir de modo importante el crecimiento y la respiracin de los microbios.

NANOTUBOSEn 1976, Morinobu Endo haba encontrado las estructuras tubulares multicapa con microscopio electrnico. En 1991 Sumio Iijima, fue tambin uno de los primeros en encontrar nanotubos de una sola capa.

Son una forma alotrpica del carbono, de estructuras tubulares cuyo dimetro es del tamao del nanmetro. Compuesto de una o varias lminas de grafito u otro material enrolladas sobre s mismas.

Pared simple: de una capa bidimensional de grafito formando un cilindro de radio del orden de los nanmetros, que de acuerdo a la forma en que es enrollada la hoja pueden ser:Nanotubos armchair: si (n = m) y si adems posee una quiralidad de = 0.Nanotubos zigzag: si (m = 0) y poseen adems una quiralidad de = 30.Nanotubos chiral: si (n > m > 0) y si adems poseen una quiralidad de 0 < < 30.

Multicapa: formados por varias capas de carbono, pudiendo ser tipo mueca rusa: tubos concntricos metidos uno dentro de otro, o tipo "Pergamino": Una nica capa de grafito enrollada como un pergamino.

Los nanotubos de carbono estn presentes en cualquier producto de la combustin del carbono, incluso en el holln. Aparecen de forma natural al enrollarse los fragmentos de lminas de grafito formados en el proceso de calentamiento del material de partida.

Sus propiedades mecnicas los hace el material ms resistente que se conoce, podran soportar tensiones de unos 100 GigaPascales sin romperse. Un cable hecho de nanotubos de 1 cm2 de grosor podra aguantar un peso de 1000 toneladas (frente a las 10 toneladas de un cable similar de acero).

Son ideales para usar en los composites, donde se pueden mezclar para reforzar plsticos o metales y dar lugar a materiales ultrarresistentes y ms ligeros.Con propiedades electrnicas para ser conductores o semiconductores segn la forma en que la hoja de carbono est enrollada en el tubo.

Aplicables en almacenamiento de H2, haciendo uso de la capacidad de los nanotubos para adherir las molculas de hidrgeno.

Fabricacin de msculos artificiales, que aprovecharan la capacidad de los nanotubos para contraerse al paso de una corriente elctrica. Administracin de frmacos a nivel celular.

GRAFENOEl Premio Nobel de Fsica 2010 fue otorgado a Andre Geim y a Konstantin Novoselov por sus revolucionarios descubrimientos sobre el grafeno.

El grafeno es un material compuesto por tomos de carbono densamente empaquetados en una red cristalina con forma de panal de abejas (hexagonal) y de un tomo de espesor.

El grafeno es flexible y 200 veces ms resistente que el acero, con alta conductividad trmica y elctrica.

La posibilidad de combinarlo con otras sustancias qumicas le otorgan un gran potencial de desarrollo. Los electrones del grafeno pueden moverse con mayor libertad (se comportan como cuasipartculas sin masa), con respecto a los de otros materiales. Consume menos electricidad que el silicio. Se calienta mucho menos por efecto Joule. Soporta la radiacin ionizante. Es casi completamente transparente y tan denso que ni siquiera los tomos de helio (que son los ms pequeos) pueden traspasarlo. Si una taza de caf se cubriera con una simple lmina de grafeno y en el medio se colocara un lpiz de punta, soportara el peso de un auto sin romperse.

Su importancia radica en que revolucionar las tecnologas fundamentales como la Electrnica para irradiarse a otras tecnologas, mejorando todas las reas en las que se desenvuelve el ser humano.

Su estructura es similar a la del grafito, pero en ste, son tres las capas; en el grafeno, hay una sola, con distintas propiedades, entonces su nombre proviene de: grafito + eno (Sufijo usado en Qumica orgnica) = grafeno.Mtodos de produccin

Bottom-upTop-down

Descomposicin trmica en ultra vacoExfoliacin micromecnica Mtodo Scotch

Deposicin qumica de vaporMtodos qumicos

Fue obtenido en estado libre por primera vez, en 2004, mediante exfoliacin micromecnica, que consiste en someter al grafito a un raspado fino, de arriba abajo o al descascaramiento repetido utilizando cinta adhesiva con el propsito de extraer hojas extremadamente delgadas unidas a estos objetos. Mtodo sencillo y barato, pero de bajo rendimiento.

- Elevar el grafeno, a una gran temperatura y ultra vaco. Poco viable por las condiciones de operacin.

- A partir de xido de grafito, es la manera ms utilizada, al ser un mtodo muy barato y de elevado rendimiento, su mtodo es en disolucin, el grafeno se puede depositar sobre sustratos.

NANOCELULOSACRISTALINAUna alternativa renovable

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Introduccin La celulosa es el polmero biolgico ms abundante en el planeta y que se encuentra en las paredes de las clulas bacterianas y vegetales. Compuesto por largas cadenas de molculas de glucosa, las fibras de celulosa se disponen en una red que proporciona la estructura y el apoyo a la clula. En las fibras las cadenas estn alineadas en paralelo y se embalan juntos. Nanocelulosa cristalina es el nombre dado a estas regiones de fibra nicas.

Que es la celulosaLa Celulosa es la principal componente de las paredes celulares de los rboles y otras plantas. Es una fibra vegetal que al ser observada en el microscopio es similar a un cabello humano, cuya longitud y espesor vara segn el tipo de rbol o planta. Las fibras de algodn, por ejemplo, tienen una longitud de 20-25 mm., las de Pino 2-3 mm. y las de Eucalipto 0,6-0,8 mm.. De igual manera, el contenido de celulosa vara segn el tipo de rbol o planta que se considere.Desde el punto de vista bioqumico, la celulosa (C6H10O5)n con un valor mnimo de n = 200, es un polmero natural, constituido por una larga cadena de carbohidratos polisacridos. La estructura de la celulosa se forma por la unin de molculas de -glucosa a travs de enlaces -1,4-glucosdico, lo que hace que sea insoluble en agua. La celulosa tiene una estructura lineal o fibrosa, en la que se establecen mltiples puentes de hidrgeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa, hacindolas muy resistentes e insolubles al agua. De esta manera, se originan fibras compactas que constituyen la pared celular de las clulas vegetales, dndoles as la necesaria rigidez.

En la actualidad, las Plantas de celulosa extraen esta fibra de la madera del pino y del eucalipto, separndola de las otras componentes de la madera como la lignina y la hemicelulosa. Durante siglos, esta fibra se ha constituido en la materia prima para la fabricacin de diversos objetos de uso cotidiano, entre los cuales sobresale, por su importancia, la elaboracin del papel. Empresas CMPC, desde su fundacin en 1920, utiliz celulosa importada para la fabricacin del papel, combinndola con la produccin propia de celulosa a partir de la paja de trigo. Posteriormente en los aos 30-, y asumiendo el compromiso de abastecer a Chile de papel, CMPC adquiri plantaciones de pino insigne con la idea de extraer la celulosa de la madera. Los rboles constituyen la principal fuente de fibras naturales para ms del 90% de la produccin de celulosa a nivel mundial; el restante 10% es aportado por otras plantas, tales como pastos, bambes, bagazo de caa de azcar, algodones, linos, camos y otros.

Dimensiones fsicas: Ancho: 2-20 nm, Largo: 100-600 nm

La madera es una red de fibras de celulosa que se mantienen unidas por una matriz de lignina, otro polmero natural que es fcilmente degradado y eliminado.Los nanocristales individuales se producen por romper las fibras de celulosa y el aislamiento de las regiones cristalinas por medio de hidrlisis cida, un proceso descrito hace casi 60 aos por Ranby B.G., utilizado para aislar microcristales de celulosa.Debido a su tamao, no se podan obtener imgenes con microscopa convencional.Es slo con la aparicin tcnica de imgenes de mayor resolucin, tales como la microscopa de fuerza atmica (AFM) y microscopa electrnica de transmisin (TEM) que muchos nanomateriales incluyendo nanocristales de celulosa se han observado.La nanocelulosa cristalina an tiene que hacer un gran avance industrial y sus propiedades siguen siendo investigadas.Debido a su elevada relacin a volumen de superficie y relacin de aspecto, nanocristales se predice que tienen muchas aplicaciones potenciales en campos como la electrnica, la ciencia de materiales y la medicina.

Materias primas Madera Pulpa Bacterias Paja Remolacha Papa

Ejemplos de procesos de fabricacinMoler, homogeneizacin, hidrlisis cida, sntesis bacteriana, Electro hilado, lquidos inicos

Top-Down Bottom-Up

ExtraccinLa nanocelulosa cristalina debe ser cosechada de las paredes celulares.A pesar de que comprende aproximadamente 33% de la mayora de las clulas vegetales, el resto es un surtido de lpidos y protenas que se deben quitar antes de la extraccin de cristal.Para lograr esto, los investigadores han establecido los procedimientos que implican el uso tcnicas de mecnicas para moler la mayor celulosa seguida por el tratamiento con hidrxidos y perxidos.

La produccin implica un procedimiento qumico adicional.Los cidos fuertes tales como cido sulfrico, ntrico y clorhdrico se utilizan para degradar fibras de celulosa.El cido sulfrico ha sido ampliamente investigado.La hidrlisis cida es un proceso heterogneo que implica la difusin de cido en las fibras de celulosa, seguido por ruptura de los enlaces glicosdicos.

La hidrlisis cida libera nanocelulosa cristalinaHomogeneizacin libera microfibrillas de macrofibrillas para producir celulosa microfibrilada

Se cree que el cido interacta principalmente con las regiones amorfas de celulosa, ya que son los ms fcilmente accesibles y tienen la mayor superficie.Por lo tanto, las regiones amorfas son los primeros en ser dirigido por el cido fuerte, seguido de las regiones de mayor cristalinidad.Por tanto, una hidrlisis controlada puede extraer regiones de una cristalinidad especfica de una muestra de celulosa.

Microfibrillas de celulosa estn compuestas por regiones cristalinas bordeadas por regiones amorfas.Hidrlisis cida controlada da degradacin de celulosa en las regiones amorfas y liberacin de los cristales denomina nanocelulosa cristalina.

CaracterizacinUna vez aislados, los cristales son suspendidos en una solucin.La vaporacin de la solucin sobre un sustrato producir una pelcula de nanocristales que se pueden visualizar y caracterizar usando tcnicas de: Microscopa ptica (OM) que se limita a imgenes de objetos mayores que aproximadamente la mitad de la longitud de onda de la luz visible (> 250 nm). Microscopa de Fuerza Atmica (AFM), que implica un rastreo con una punta muy fina (radio de la punta ~ 20 nm) a travs de la muestra y la obtencin de una imagen mediante la medicin de la deflexin. Microscopa Electrnica de Transmisin (TEM) en el que los electrones son acelerados a una alta tensin y detecta despus de que pasan a travs de la muestra.

Tanto AFM y TEM pueden lograr resolucin nanomtrica y por lo tanto son eficaces para nanocristales de celulosa de imagen.Sin embargo, se requieren muestras planas con variaciones topogrficas mnimos para obtener las mejores imgenes.

Ms all de formacin de imgenes, la cromatografa se puede utilizar para determinar la carga de los cristales y la espectroscopia de masas puede utilizarse para determinar su composicin.Resonancia magntica nuclear y la difraccin de rayos X tambin se han utilizado para investigar ms a fondo la estructura cristalina.

Estructura transversal de diferentes nanocristales de celulosa que muestran diversas disposiciones cristalinas de las molculas de polmero de celulosa individuales (las cajas rectangulares)

PropiedadesLas dimensiones fsicas que se obtienen para nanocelulosa cristalina se determinan tanto por la fuente de celulosa y las condiciones de hidrlisis que se utilizan durante la extraccin.

Por ejemplo,realizado un anlisis sistemtico de propiedades de nanocristales producidos usando hidrlisis con cido sulfrico, el uso de celulosa microcristalina como el reactivo inicial.Con una concentracin de cido sulfrico de 63,5% (w / w) y un tiempo de hidrlisis de aproximadamente 2 horas, se obtuvieron nanocristales de celulosa con una longitud que estaba entre 200 y 400 nm y una anchura que era menos de 10 nm.El rendimiento global de la celulosa nanocristalina fue de aproximadamente el 30% de la biomasa inicial.

Hay un patrn que existe entre todas las investigaciones: como se incrementan tanto la temperatura y el tiempo de exposicin al cido, cristales disminuyen en longitud y las disminuciones de rendimiento en general.La exposicin prolongada a los resultados de cidos en los rendimientos extremadamente bajos lo que se atribuye a la descomposicin de cido de fibras de celulosa enteras incluyendo las regiones cristalinas.

Por otra parte, como resultado de las interacciones de grupo durante la hidrlisis de sulfato de cido sulfrico, superficies de nanocristales presentan una carga neta positiva. Esta propiedad crea una fuerte interaccin atractiva entre los cristalitos individuales que se traduce en un aumento en la viscosidad de suspensin y las propiedades de birrefringencia.Grupos ster de sulfato desplazan los grupos hidrxido y actan como grupos funcionales de la superficie.

Por ltimo, una de las propiedades ms importantes de los materiales utilizados en aplicaciones estructurales es la capacidad del material para resistir la rotura bajo tensin de traccin.La nanocelulosa cristalina posee un mdulo de traccin de 143 GPa, un valor que es aproximadamente 100 veces mayor que la de un polmero vtreo tpico.

Celulosa microcristalinamaterial de partida en polvoProducto finalEliminar bigotes viscosos suspensinImagen de nanocelulosa cristalina (TEM)

Las nanocelulosa cristalina con cierto grado de cristalinidad ha mostrado ser ms resistente que el aluminio, ms rgido que el kevlar, propiedades que tambin se ven mejoradas al elaborar pelculas, que a su vez soportan mayores tensiones. La relacin entre el peso y la resistencia es 8 veces ms eficiente que el acero inoxidable.

Molienda de residuos de papel, un recurso renovable para nanocelulosa cristalina, contiene altas cantidades de celulosa microfibras. La mayor parte de la energa y los productos qumicos necesarios para la separacin de partculas ya se invirtieron.

La eliminacin de los contaminantes principales

Seguido por hidrlisis cida y la recuperacin NCCNCC a partir de residuos de papelImagen TEM de la NCC

En la elaboracin de pantallas electrnicas flexibles, partes mviles para computadoras, armas livianas y vidrios blindados.Reemplaza el material metlico en la fabricacin de automviles y todo tipo de plstico no orgnico ya que, no solo es ms ecolgico, si no que posee mejores propiedades mecnicas.

En la elaboracin de bateras que se recargan al ser dobladas.Por ser fuerte y ligero se puede elaborar un gel ultrabsorvente capaz de soportar 10 mil veces su propio peso.

La nanocelulosa puede filtrar todo tipo de lquidos, usndose as para filtrar transfusiones de sangre, sustancias qumicas de los cigarrillos y generar agua potable incluso a partir de agua de mar.Combustibles con cero emisiones de dixido de carbono, o cualquier otro gas contaminante.

La nanocelulosa es una alternativa en alimentacin, baja en caloras para los aditivos espesantes altos en carbohidratos y su aplicacin mdica, cosmtica y farmacutica.GeneralidadesProducen nanowhiskers a partir de bio-residuos industriales de dos tipos de celulosas.En la bsqueda de obtener el mayor valor agregado para algunos desechos agrcolas, se ha logrado desarrollar unos pelos cristalinos submicroscpicos denominados nanowhiskers.

Plstico Reforzado con Fibras nanocellulose de pia:Los cientficos estn utilizando fibras nanocelulosa de banano, pia y otras plantas para crear plstico que es 3-4 veces ms fuerte que los plsticos a base de petrleo, y 30% ms ligero. No slo eso, plstico nanocellulosic es mejor para resistir el calor, productos qumicos y agua.

Material hecho a base de sol y agua:El investigador Malcom Brown, profesor de biologa de la Universidad de Texas en Austin, Estados Unidos, y uno de los pioneros en el mundo en este campo de investigacin, explic el nuevo proceso.

Se trata de un alga de la familia de las mismas bacterias que se usan para producir vinagre, conocidas tambin como cianobacterias. Unos organismos, que para su desarrollo slo necesitan luz solar y agua, y que tendran la ventaja de absorber el exceso de dixido de carbono en la atmsfera, causante del efecto invernadero.

Se trata de un alga de la familia de las mismas bacterias que se usan para producir vinagre, conocidas tambin como cianobacterias. Unos organismos, que para su desarrollo slo necesitan luz solar y agua, y que tendran la ventaja de absorber el exceso de dixido de carbono en la atmsfera, causante del efecto invernadero.

Siete increbles usos de la Nanocelulosa

Las molculas de nanocelulosa son increblemente ligeras, fuerte y conducen electricidad.

ArmadurasLa nanocelulosa est compuesta de una densa cantidad de cristales aciculares es sumamente dura. De hecho, tiene una relacin resistencia-peso que es ocho veces mayor al acero inoxidable, perfecta para la construccin de armaduras fuertes y ligeras.

Pantallas flexiblesYa que es transparente, ligera y resistente, puede ser utilizada en un material que sustituya al plstico o el vidrio. Pioneer Electronics est experimentando con este material para hacer algunas de las delgadas y flexible pantallas

As como el grafeno, puede utilizarse para crear filtros que pueden purificar todo tipo de lquidos. Sera posible obtener agua potable, filtrar la sangre durante las transfusiones, o incluso atrapar sustancias qumicas peligrosas en los cigarrillos.

Aerogel ultra-absorbenteDebido a que es muy fuerte y ligero, la nanocelulosa puede ayudar a crear una espuma que puede soportar ms de 10.000 veces su propio peso.Como resultado, un material muy poroso y sper absorbente que podra servir como sustituto a las compresas o incluso los tapones higinicos.

AutomvilesProduccin de biocombustible.

Ford estima que ser capaz de crear partes de carrocera que restaran peso a los automviles. Esto significa que podra bajar el gasto de combustible.

Janelle Tam, de 16 aosDemostr que la celulosa tambin acta como un potente antioxidante.Vincul qumicamente la nanocelulosa cristalina a una nanopartcula de buckyball fullereno, ya utilizada en productos cosmticos y antienvejecimiento.Es nueva combinacin acta como una nanoaspiradora, absorbiendo los radicales libres y neutralizndolos

Es la nanocelulosa mejor que el grafeno?Nadie lo ha demostrado, aunque entre sus beneficios este su carcter ecolgico y asequible. Quizs no compita directamente con el grafeno. ste seguir teniendo su entidad porque, por ejemplo, no existe ningn otro material que se pueda aislar con una sola capa.

ConclusinAlcanzable desde casi todos los rincones del mundo, la nanocelulosa cristalina resultar ser un recurso valioso en el futuro.Un mtodo bien establecido para la extraccin existe, al igual que las herramientas para analizar y caracterizar este nanomaterial.Las innovaciones pueden llevar a los materiales estructurales verstiles, entrega eficiente de los medicamentos y la mejora de los mtodos de atacar a las clulas tumorales.Aunque se necesita mucha ms investigacin, ya est claro que los nanocristales de celulosa tienen una serie de propiedades deseables.Hasta que se logren nuevos avances, los investigadores deben mirar a la naturaleza como el maestro de los nanomateriales.