NANOTECNOLOGÍA

Ingeniería de Sistemas e informática

Alumno: Junior Orlando Ramos MarcosIV CICLO

Nanotecnología, es el estudio y desarrollo de sistemas en escala nanométrica, “nano” es un prefijo del Sistema Internacional de Unidades  que viene del griego νάνος que significa enano, y corresponde a un factor 10^-9,  que aplicado a las unidades de longitud, corresponde a una mil millonésima parte de un metro (10^-9 Metros) es decir 1 Nanómetro, la nanotecnología estudia la materia desde un nivel de resolución nanométrico, entre 1 y 100 Nanómetros aprox.  hay que saber que un átomo mide menos de 1 nanómetro pero una molécula puede ser mayor, en esta escala se observan propiedades y fenómenos totalmente nuevos,  que se rigen bajo las leyes de la Mecánica Cuántica, estas nuevas propiedades son las que los científicos aprovechan para crear nuevos materiales (nanomateriales) o  dispositivos nanotecnológicos, de esta forma la Nanotecnología promete soluciones a múltiples problemas que enfrenta actualmente la humanidad, como los ambientales, energéticos, de salud (nanomedicina), y muchos otros, sin embargo estas nuevas tecnologías pueden conllevar a riesgos y peligros si son mal utilizadas.

¿Que es Nanotecnología?

La siguiente imagen  muestra la unidad de medida de diversos sistemas,  y la escala a la que pertenecen (Nano o Micro).

Uno de los pioneros en el campo de la Nanotecnología es el Físico estadounidense Richard Feynman, que en el año 1959 en un congreso de la sociedad americana de Física en Calltech, pronunció el discurso “There’s Plenty of Room at the Bottom” (Hay mucho espacio ahí abajo) en el que describe un proceso que permitiría manipular átomos y moléculas en forma individual, a través de instrumentos de gran precisión, de esta forma se podrían diseñar y construir sistemas en la nanoescala átomo por átomo, en este discurso Feynman también advierte que las propiedades de estos sistemas nanométricos, serían distintas a las presentes en la macroescala.

En 1981 el Ingeniero estadounidense Eric Drexler, inspirado en el discurso de Feynman, publica en la revista  Proceedings of the National Academy of Sciences, el artículo “Molecular engineering: An approach to the development of general capabilities for molecular manipulation” en donde describe mas en detalle lo descrito años anteriores por Feynman.  El término “Nanotecnología” fue aplicado por primera vez por Drexler en el año 1986, en su libro “Motores de la creación : la próxima era de la Nanotecnología” en la que describe una máquina nanotecnológica con capacidad de autoreplicarse, en este contexto propuso el término de “plaga gris” para referirse a lo que sucedería si un nanobot autoreplicante  fuera liberado al ambiente.

Además de Drexler, el científico Japonés Norio Taniguchi, utilizó por primera vez el término nano-tecnología en el año 1974, en la que define a la nano-tecnología como el procesamiento, separación y manipulación de materiales átomo por átomo.

Historia de la Nanotecnología

RadiosSe han desarrollado nanoradios basados en nanotubos de carbón. ComputadoresLa nanoelectrónica promete ayudar a crear CPUs más potentes que los que puedan fabricarse con técnicas de fabricación de circuitos integrados convencionales. Actualmente se están investigando una seria de posibilidades incluyendo nuevas formas de nanolitografía, así como el uso de nanomateriales tales como nanohilos o pequeñas moléculas, en lugar de los tradicionales componentes de tecnología CMOS. Los transistores de efecto campo han hecho uso de ambos, semiconductores de nanotubos de carbón y semiconductores de nanohilos heteroestructurados.

Dispositivos Nanoelectrónicos

Producción energéticaSe está investigando la posibilidad de usar nanocables y otros materiales a nanoescala con la esperanza de crear células solares más baratas y eficientes que las que son posibles con células solares planas de silicio. Se da por hecho que un tecnología solar más eficiente seria de gran importancia para satisfacer las necesidades globales de energía.También se está investigando la producción energética para dispositivos que operarían in vivo, denominados bio-nano generadores.

Diagnosis médicaHay un enorme interés en crear dispositivos nanoeléctricos que puedan detectar concentraciones de biomoleculas en tiempo real para su uso en la diagnosis medica, es por ello por lo que surge el concepto de nanomedicina. Una línea paralela de investigación persigue la creación de dispositivos nanoelectrónicos que puedan interactuar con células individuales para su uso en la investigación biológica básica. A estos dispositivos se les denomina nanosensores. Una miniturización a esta escala respecto a sensores proteomicos 'in vivo permitiría nuevos avances en el seguimiento de la salud y en tecnologías militares y de vigilancia.

Dispositivos Nanoelectrónicos

La Nanotecnología al definirse en base a la escala (nanoescala) y no al tipo de sistema en estudio, es de carácter transversal y  tiene aplicaciones en  todas las actividades del quehacer humano, como medioambiente, sector energético, medicina, electrónica, exploración espacial, construcción, agricultura, cosmética, etc…, es por ello que el impacto de la Nanotecnología en nuestra sociedad es muy grande, y existe consenso de que Nanotecnología dará origen a la revolución industrial del siglo XXI, tal como lo dijo Charles M. Vest’s (ex-Presidente del MIT (Massachusetts Institute of Technology) en un discurso el año 2001.  A continuación se describen algunas de las áreas en donde tiene aplicación la Nanotecnología.

Medio AmbienteLas aplicaciones de la Nanotecnología en el medio ambiente, involucran el desarrollo de materiales, energías y procesos no contaminantes, tratamiento de aguas residuales, desanilización de agua, descontaminación de suelos, tratamiento de residuos, reciclaje de sustancias, nanosensores para la detección de sustancias químicas dañinas o gases tóxicos.

Aplicaciones de la Nanotecnología

EnergíaLas aplicaciones de la Nanotecnología en sector energético, tiene relación con la mejora de los sistemas de producción y almacenamiento de energía, en especial aquellas energías limpias y renovables como la energía solar, o basadas en el Hidrógeno, ademas de tecnologías que ayuden a reducir el consumo energético a través del desarrollo de nuevos aislantes térmicos mas eficientes basados en nanomateriales. El aumento de la eficiencia de los paneles solares y placas solares gracias a nanomateriales especializados en la captura y almacenamiento de energía solar

MedicinaLas aplicaciones de la Nanotecnología en Medicina se denomina Nanomedicina, y dentro de ella tenemos el  desarrollo de nanotransportadores de fármacos a lugares específicos del cuerpo, que pueden ser útiles en el tratamiento del Cáncer u otras enfermedades, biosensores moleculares con la capacidad de detectar alguna sustancia de interés como glucosa o algún biomarcador de alguna enfermedad, nanobots  programados para reconocer y destruir células tumorales o bien reparar algún tejido como el tejido oseo a raíz de un fractura, nanopartículas con propiedades antisépticas y desinfectantes, etc..

Aplicaciones de la Nanotecnología

Industria de AlimentosLas aplicaciones de la Nanotecnología en la industria de Alimentos incluye aplicaciones de nanosensores y nanochips útiles en en el aseguramiento de la calidad y seguridad del alimento, dispositivos que funcionen como nariz y lengua electrónica, detección de frescura y vida útil de un alimento, detección de microorganismos patógenos, aditivos, fármacos, metales pesados, toxinas y otros contaminantes, desarrollo de Nanoenvases, Nanoalimentos con propiedades funcionales nutritivas y saludables, o con mejores propiedades organolépticas.

TextilDesarrollo de tejidos que repelen las manchas y no se ensucian y sean autolimpiables, antiolores, incorporación de nanochips electrónicos que den la posibilidad de cambio de color a las telas, o bien el control de la temperatura, estos últimos están dentro de lo que se llama “tejidos inteligentes”

Aplicaciones de la Nanotecnología

ConstrucciónDesarrollo de Materiales (Nanomateriales)  mas fuertes y ligeros, con mayor resistencia, vidrios que repelen el polvo, humedad, pinturas con propiedades especiales, materiales autorreparables, etc..

ElectrónicaLas aplicaciones de la Nanotecnología en la electrónica comprenden el desarrollo de componentes electrónicos que permitan aumentar drasticamente la velocidad de procesamiento en las computadoras, creación de semiconductores, nanocables cuánticos, circuitos basados en Grafeno o Nanotubos de Carbono.

Tecnologías de la comunicación e informáticaLas aplicaciones de la Nanotecnología en las tecnologías de la comunicación e informática, comprende el desarrollo de sistemas de almacenamiento de datos de mayor capacidad y menor tamaño, dispositivos de visualización basados en materiales con mayor flexibilidad u otras propiedades como transparencia que permitan crear pantallas flexibles y transparentes, además el desarrollo de la computación cuántica.

Aplicaciones de la Nanotecnología

AgriculturaLas aplicaciones de la Nanotecnología en la Agricultura, tienen relación con mejoras en plaguicidas, herbicidas, fertilizantes, mejoramiento de suelos, nanosensores en la detección de niveles de agua, Nitrógeno , agroquímicos, etc..

GanaderíaLas aplicaciones de la Nanotecnología en la Ganadería dicen relación con el desarrollo de Nanochips para identificación de animales, Nanopartículas para administrar vacunas o fármacos, nanosensores para detectar microorganismos y enfermedades además de sustancias tóxicas.

CosméticaLas aplicaciones de la Nanotecnología en la cosmética implica el desarrollo de cremas antiarrugas o cremas solares con nanopartículas.

Aplicaciones de la Nanotecnología

Cargador ultra rápido para batería de celular basado en Nanotecnología

La Start-up StoreDot, del  departamento de Nanotecnología de la Universidad de Tel Aviv Israel, ha presentado recientemente en la conferencia Think next de Microsoft, un prototipo revolucionario que promete cargar la batería de un celular en sólo segundos,  este cargador esta basado en semiconductores construidos a partir de péptidos, estos últimos estructurados por aminoácidos que son las unidades constituyentes de las proteínas, en este prototipo, los péptidos se autoensamblan espontáneamente creando estructuras nanometricas llamadas puntos cuánticos que poseen interesantes propiedades piezoeléctricas, actualmente este prototipo tiene un tamaño  de un cargador de Portátil, sin embargo, sus creadores están trabajando para reducir su tamaño, se espera su comercialización para el año 2016. A continuación un vídeo en donde se muestra la carga de una batería de un Smartphone Samsung Galaxy S4 desde 0 hasta 100% en solo 30 segundos

Avances de la Nanotecnología

Nanochip dentro de células vivas para medir presión intracelularEl estudio de células individuales, es de gran importancia en biomedicina, ya que existen muchos procesos y propiedades a nivel bioquímico, electroquímico, mecánico y térmico, que pueden ser seguidos en tiempo real, recientemente en una publicación en la revista Nature Nanotechnology, investigadores españoles han logrado por primera vez introducir un chip electrónico con sensores dentro de una célula viva, en este caso para medir la presión intracelular.

El diseño del chip intracelular comprende un sensor mecánico rodeado por 2 membranas separadas por un espacio vacío, estas membranas actúan como espejos de reflexión paralelos, que constituye un resonador de Fabry-Perot, de forma tal que la presión externa desvía las membranas y los cambios de intervalo que a su vez, modifican la intensidad de la luz reflejada en el centro de las membranas.

Es importante destacar que estos chips intracelulares no producen daños en las membranas celulares preservando la integridad de estas, manteniéndose las células  sanas y viables capaces de funcionar normalmente. A continuación un vídeo en donde se muestra una célula con un chip intracelular en su interior, en donde se aprecia como ésta se divide en forma normal.

Avances de la Nanotecnología

Generación de Energía eléctrica utilizando Grafeno

El Carbono se encuentra en la naturaleza en diversas formas alotrópicas, dentro de ellas tenemos al Grafito, Diamante, Nanotubos de Carbono, Fullerenos y Carbinos, El Grafito esta compuesto por una serie de capas de estructura laminar plana (bidimensional) con espesor de un átomo, estas capas constituyen el Grafeno, en estas capas el carbono posee una hibridación sp2 que trae como consecuencia que su estructura sea un arreglo hexagonal similar a un panal de abejas, y esta estructura particular es la que confiere las propiedades mecánicas, químicas, electrónicas exepcionales con aplicaciones en todas las áreas, por lo que se le ha llamado el material del futuro, dentro de las miles de aplicaciones, recientemente un grupo de investigadores logró generar corriente eléctrica utilizando Grafeno, para ello hicieron circular agua con iones cloruro sobre la estructura laminar del grafeno, de tal forma que estos sufrieron un proceso de adsorción sobre la superficie, y el arrastre de estos iones adsorvidos en la dirección del flujo, generaron una diferencia de potencial, si bien esto se había logrado con Nanotubos de Carbono, con Grafeno el proceso es mucho mas eficiente, se espera a futuro desarrollar grandes superficies recubiertas con grafeno en las que circule algun líquido iónico, y asi generar grandes cantidades de energía, el tiempo dirá si esta fuente energética sea la energía del futuro. A continuación un video general sobre el Grafeno y sus aplicaciones.

Avances de la Nanotecnología

Crean detector de explosivos ultrasensible basado en Nanotecnología

Científicos Israelíes de la Universidad de Tel Aviv, han desarrollado un detector de bombas explosivas, basado en Nanotecnología, que es mil veces mas sensibles que el olfato de perros adiestrados, este detector es capaz de percibir distintos tipos de explosivos, además de múltiples compuestos químicos y biológicos.El dispositivo consiste en un Chip  que posee una matriz de nanocables de Silicio, recubiertos por un compuesto orgánico del tipo amina, el cual se une directamente con las moléculas del explosivo, al unirse esto provoca un cambio en la conductancia de los cables.El Chip fue puesto a prueba frente a explosivos líquidos ademas de vapores de TNT mezclados con el aire, detectandolos en forma exitosa, ahora el grupo está trabajando en el diseño de matrices de nanocables recubiertos por otras moléculas para así detectar otros tipos de explosivos

Avances de la Nanotecnología

Generación de energía a partir del sonido aplicando Nanotecnología

Una de las grandes aplicaciones de la Nanotecnología es la generación de energía, recientemente investigadores coreanos han descrito un trabajo muy innovador en la que demostraron que es posible aprovechar la energía del sonido para generar energía eléctrica, y esto basado en que el sonido en el fondo es una forma de energía mecánica que viaja a través de la materia como una vibración en forma de onda, y para poder aprovechar esta energía mecánica, utilizaron nanogeneradores basados en nanocables piezoelectricos de oxido de zinc, que tienen la particularidad de poseer una mayor sensibilidad, para así poder captar estas pequeñas vibraciones asociadas al sonido. En el experimento se aplicó un sonido de ~100 dB sobre el nanogenerador, y este registro un potencial de salida de 50 mV.Esta nueva tecnología podría tener muchas aplicaciones, por ejemplo cargar el celular a través de las conversaciones, o generar electricidad en las carreteras a partir del ruido de los automóviles, etc.. a continuación un esquema del nanogenerador piezoeléctrico basado en nanocables de oxido de Zinc.

Avances de la Nanotecnología

Crean el mapa de la tierra 3D más pequeño aplicando Nanotecnología

Científicos de IBM, lograrón tallar el relieve 3D, del mapa completo de la tierra mas pequeño que existe, sus dimensiones son de  22*11 micrómetros y esta compuesto por 500.000 pixel, donde cada pixel tiene un área de 20 nanómetros cuadrados, y fue creado en tan sólo 2 minutos y medio. Para lograr esta  hazaña, IBM ha desarrollado una Tecnología, en la que diseñaron un instrumento cuya punta afilada es de Silicio, y su tamaño es 100.000 veces mas pequeña que la punta de un lápiz.Lo importante de este logro no es el mapa en si, sino que la capacidad que esta teniendo el hombre, en miniaturizar y poder jugar a escala nanotecnologica, esto podría tener aplicaciones por ejemplo, en el desarrollo de Chips con mas potencia en forma rápida y a un menor costo.  A continuación un video de IBM donde explican esta tecnología.

Avances de la Nanotecnología

Electricidad a partir de Nanotubos de Carbono

Científicos del MIT(Massachusetts Institute of  Technology) han descubierto una nueva forma de producir electricidad a partir de nanotubos de Carbono, este descubrimiento lo lograron recubriendo a  los nanotubos con una capa de combustible altamente reactivo el cual al descomponerse produce calor, este calor generado  viaja rapidamente en  forma de  onda térmica a través de los nanotubos, esta veloz propagación del calor a través de los nanotubos de carbono empuja  los electrones generando así una corriente eléctrica, en el fondo se trata de una forma muy innovadora de convertir la energía térmica en energía eléctrica con un rendimiento excelente. Las aplicaciones de esta tecnología podrían ser muy variadas como el desarrollo de dispositivos electrónicos micrometricos, o el desarrollo de nanosensores con aplicaciones en medicina o medio ambiente.

Avances de la Nanotecnología

Primera Imagen de molécula en la que se visualizan los atomos y enlaces químicos

Científicos pertenecientes al Laboratorio de IBM en Zurich Suiza, han logrado por primera vez obtener imagenes con gran detalle de la estructura de una molécula, en la que es posible apreciar los átomos y sus enlaces químicos. Esta imagen la obtuvieron de la molécula de Pentaceno, que mide tan sólo 1,4 nanométros, y esta compuesta por 36 átomos(12 de Carbono y 14 de Hidrogeno),  para lograrlo utilizaron un  Microscopio de Fuerzas Atómicas (AFM).  Este trabajo que publicado en la prestigiosa revista Science, supone un gran avance en la nanotecnología, sobre todo en la Nanoelectrónica cuyas aplicaciones podrían tener implicancia en el desarrollo de  nuevos componentes y dispositivos electrónicos.

Avances de la Nanotecnología

Televisores basados en Nanotecnología

Investigadores de la universidad de Houston han desarrollado una nueva técnica para el desarrollo de pantallas de televisores, basada en los principios de la nanotecnología, estas pantallas denominadas FED (Field Emision Display) remplazarán a los conocidos LCD, su construcción esta hecha en base a nanotubos de carbono, que son los emisores mas eficientes que existen, otorgandole así una mayor resolución y combinando en una sola pantalla las mejores caracteristicas del CRT y de los LCD, se espera que esten en el mercado dentro de los próximos 5 a 10 años.

Avances de la Nanotecnología

http://www.nanotecnologia.cl/category/nanoel

ectronica/

http://es.wikipedia.org/wiki/Nanoelectr%C3%B3nica

http://blogthinkbig.com/tecnica-mejorar-nivel-nanoelectronica/

www.elmundo.es/elmundo/2012/07/03/.../1341323857.html

LINK BIBLIOGRAFICOS