¿Que son los nanomateriales?

18 de February 2010 | Jairo | Sin comentarios »

Categorías:Nanomateriales, Nanoparticulas Compartir

La nanotecnologia ha sido calificada como una de las ciencias del futuro, y es conveniente tener presente algunos conceptos para entender claramente los avances que día a día se presentan en este campo de la tecnología.

¿Qué son los nanomateriales?

Son materiales con al menos una dimensión de tamaño inferior a una décima de micra y una superficie muy grande con relación a su volumen, lo que representa una mayor reactividad para su aplicación en campos tan importantes como la adsorción y la catálisis. Pueden modificar numerosas propiedades (magnéticas, ópticas y térmicas) respecto a los materiales a escala micro o macroscópica.

Los nanomateriales son importantes en todos los sectores socio-económicos, desde la sanidad y la salud a la energía, tecnologías de la información y comunicación, seguridad, transporte, etc. Los más relevantes son nanopartículas, materiales nanoestructurados, materiales nanoporosos, nanopolvos, nanofibras, fullerenos, nanotubos de carbono, nanohilos, dendrímeros, láminas delgadas y puntos cuánticos.

Su principal ventaja es que pueden dar lugar a tecnologías que sustituyen a otras ya existentes con costos muy inferiores, tanto de materias primas como de producción.

Entre los nanomateriales también son muy importantes los nanominerales, sobre todo las nanoarcillas, empleadas para reforzar numerosos plásticos; los óxidos metálicos, con innumerables aplicaciones técnicas; los nanotubos de carbono, para aumentar la conductividad de varios materiales con hojas tubulares extra-fuertes de grafito; los nanocompuestos, que enlazan nanominerales con polímeros orgánicos; y los nanocristales, utilizados tanto en óptica como en electrónica.

Hoy, los físicos rusos Andre Geim y Konstantin Novoselov ganaron el Premio Nobel de Física 2010 por sus revolucionarios experimentos con el grafeno, un poderoso material formado de carbono que promete transformar el modo en el que hoy se fabrican los productos electrónicos e informáticos.

1) Konstantin Novoselov , 2) Andre Geim

El grafeno es una estructura descubierta, en realidad, hace algunas décadas, que se desprende del grafito (por ejemplo, de la mina de un lápiz). Sin embargo, existían dificultades para aislarlo en capas individuales con el fin de estudiarlo. Eso es lo que lograron hacer exitosamente Andre Geim y Konstantin Novoselov.

¿Y por qué es tan importante el grafeno?

El grafeno tiene la forma de una fina placa de carbono ordinario, del grosor de tan sólo un átomo, que cuenta con excelentes propiedades: gran resistencia, transparencia, y una extrema flexibilidad.

Como conductor de la electricidad, el grafeno se desempeña tan bien como el cobre para transmitir la corriente eléctrica. Es extremadamente delgado, y extremadamente fuerte. Y lo mejor de todo es que está formado de carbono, la base de toda la vida en la Tierra, un elemento que se puede encontrar fácilmente en cualquier país y lugar del mundo.

Lo que hace tan importante la investigación sobre el grafeno es la posibilidad de reemplazar al silicio, que se usa actualmente en la fabricación de todos los chips informáticos, y en la que descansa todas las industrias relacionadas con la información, y en gran parte, la tecnología.

A pesar de que los experimentos de Geim y Novoselov también tienen implicancias teóricas, como la posibilidad de estudiar una nueva clase de material bidimensional con propiedades únicas, sus pruebas y conclusiones abren el camino para un gran abanico de aplicaciones prácticas.

El grafeno es un entramado hexagonal como la de un panal, hecho de átomos de carbono

Se cree que los transistores de grafeno, por ejemplo, serían mucho más rápidos que los actuales transistores de silicio, lo que resultaría en computadoras más eficientes. Y menos costosas, ya que el carbono es un material fácil de conseguir. Su contaminación también sería menor que la de los productos basados en el silicio.

Pero, además, como el grafeno es transparente y un buen conductor, es ideal para producir pantallas táctiles flexibles, paneles de luz plegables o, incluso, paneles solares.

Al combinarlo con los plásticos, el grafeno puede transformarlos en conductores de electricidad mientras que los hace más resistentes al calor y más mecánicamente robustos. Esta capacidad puede utilizarse en nuevos materiales súper fuertes, pero que al mismo tiempo sean delgados, elásticos y livianos. En el futuro, los satélites, aeroplanos, y autos podrían ser fabricados con este tipo de materiales que incluyan al grafeno.

1) Unidad básica hexagonal del grafeno: contiene 2 átomos de carbono. 2) Hipotética red de grafeno

capaz de resistir un gran peso

Konstantin Novoselov, de apenas 36 años, trabajó por primera vez con Andre Geim, de 51, como estudiante de doctorado en Holanda, aunque ambos nacieron y comenzaron sus carreras de Física en Rusia.

Juntos siguieron trabajando en Reino Unido, donde ahora son profesores en la Universidad de Manchester . El Premio Nobel 2010, que consta de alrededor de 1 millón de euros, se debe a su incesantes experimentos y contribuciones para el desarrollo de la investigación de este novedoso material, más que por una investigación o experimento en particular.

Geim y Novoselov lograron exitosamente producir, aislar, identificar, y caracterizar al grafeno, tarea que desempeñaron mejor que ningún otro científico, según la Real Academia Sueca de Ciencias, responsable de dictaminar los ganadores del Premio Nobel de Física todos los años.

En física de partículas, un fermión de Dirac es un fermión que no es su propia antipartícula. Se llama así por Paul Dirac. Todos los fermiones en el Modelo Estándar, excepto posiblemente los neutrinos, son fermiones de Dirac.

[editar] Véase también

http://www.slideshare.net/soniaelectrotecnia/trabajo-sobre-el-grafeno

Fermiones

Los quarks y los electrones están clasificados como fermiones

Transcurrieron casi 100 años, desde el descubrimiento del electrón (1897) hasta el descubrimiento del quark top (1995), para que el mundo científico tuviera una clasificación bastante satisfactoria de las partículas elementales que componen la materia.

En la teoría estándar, actualmente aceptada de forma generalizada, se considera que existen 3 familias de partículas. Hay pruebas convincentes de que no existe una cuarta familia.

La primera familia está formada por electrones, quarks up, quarks down y neutrinos electrónicos. Toda la materia del universo: estrellas, Sol, planetas, Tierra, animales, árboles, insectos y nosotros mismos, nuestro cerebro, nuestra sangre, está constituida solamente por estos cuatro elementos que forman la familia del electrón. (Pulse encima del nombre, para leer más acerca del electrón).

Los elementos de la segunda familia tienen una vida muy efímera (fracción de segundo), no existen en la materia ordinaria y se han encontrado solamente en los rayos cósmicos y en el laboratorio. Es la familia del muón. El muón es una partícula en todo similar al electrón, pero su masa es 200 veces mayor que la masa del electrón. Esta familia tiene también cuatro elementos: muones, quarks strange, quarks charm y neutrinos muónicos. (Pulse encima del nombre, para leer más acerca del muón).

Los elementos de la tercera familia también tienen una vida muy efímera (fracción de segundo), tampoco existen en la materia ordinaria y se han encontrado solamente en los rayos cósmicos y en el laboratorio. Es la familia del tauón . El tauón es una partícula en todo similar al electrón, pero su masa es 3.500 veces mayor que la masa del electrón. Esta familia tiene también cuatro elementos: tauones, quarks top, quarks bottom y neutrinos tauónicos. (Pulse encima del nombre, para leer más acerca del tauón)

Tanto el electrón, como el muón y el tauón son los elementos con menos masa en las correspondientes familias. Por tal motivo, a estas tres partículas se las denomina leptones (en griego, leptón significa ligero).

Todos estos constituyentes básicos de la materia, interactúan entre sí mediante la acción de 4 fuerzas (fuerza débil, fuerza nuclear fuerte, fuerza de gravedad y fuerza electromagnética). Se denominan fermiones llamados así en honor al célebre científico italiano Enrico Fermi.

Pero ¿qué son estas fuerzas y cómo actúan? Se ha postulado que estas fuerzas se transmiten por medio de otras partículas denominadas bosones. Algunos de estos bosones ya han sido identificados y encontrados. Otros, como el bosón Higgs, se han postulado pero todavía no ha sido posible detectarlos.

Según el modelo estándar de la materia, existen dos tipos de fermiones, los quarks y los leptones.

Los fermiones se caracterizan por tener espín semi-entero (1/2, 3/2,...).

Si las partículas compuestas (formadas por varias partículas elementales), contienen un número impar de fermiones, también se clasifican como fermiones.

Los fermiones se dividen en dos grupos:- quarks, que forman las partículas del núcleo atómico, y que son capaces de experimentar la interacción nuclear fuerte.- leptones, entre los que se encuentran los electrones, que interactúan básicamente mediante la interacción electrodébil.

La materia ordinaria está formada básicamente por fermiones y a ellos debe prácticamente toda su masa.

El núcleo de un átomo está formado por quarks, los cuales a su vez se agrupan en protones y neutrones.

Por otra parte, alrededor del núcleo orbitan los electrones clasificados como leptones.

En la descripción de la mecánica cuántica no relativista, las funciones de onda de los fermiones son antisimétricas, lo cual se corresponde con el hecho de que obedecen la estadística de Fermi-Dirac verificando, por tanto, el principio de exclusión de Pauli. Esta propiedad implica, que dos fermiones no pueden ocupar el mismo estado cuántico al mismo tiempo.

El principio de exclusión de Pauli obedecido por los fermiones es el responsable de la "impenetrabilidad" de la materia ordinaria, que hace que esta sea una substancia extensa. El principio de Pauli también es responsable de la estabilidad de los orbitales atómicos haciendo que la complejidad química sea posible. También es el responsable de la presión ejercida por la materia degenerada.

Los fermiones elementales también pueden ser clasificados en:- fermiones de Majorana, cuando son estados propios del operador de conjugación de

carga y por tanto dos fermiones de ese tipo pueden aniquilarse mutuamente.- fermiones de Dirac, cuando no son estados propios del operador de conjugación de carga, y por tanto, tiene una carga eléctrica de signo contrario a la de su correspondiente antipartícula.

Ir a la página inicial

Fermión de DiracSaltar a: navegación, búsqueda

En física de partículas, un fermión de Dirac es un fermión que no es su propia antipartícula. Se llama así por Paul Dirac. Todos los fermiones en el Modelo Estándar, excepto posiblemente los neutrinos, son fermiones de Dirac.

Véase también