Luis Enrique Sanabria Corasfaltos

OPORTUNIDADES Y AMENAZAS QUE BRINDAN LAS NANOCIENCIAS Y LA NANOTECNOLOGÍA PARA LOS PAVIMENTOS FLEXIBLES


Que es la nanociencia?

Que es la nanotecnología?

Campos de aplicación de la nanociencia y la

nanotecnología (N+N).

Propiedades de algunos elementos “NANO”.

Las N+N para (o en) materiales de los pavimentos

flexibles.

Cuidados y precauciones de productos nanotecnológicos.

Conclusiones y recomendaciones.


Nano = Enano

Raíz latina Ciencia

Es la ciencia que estudia los átomos, moléculas y objetos cuyo tamaño es menor o igual a cien nanómetros. ( ≤ 100 nm) (Enciclopedia “Wikipedia”).

1 nm = 1x10^(-9) m = 1x10^(-6) mm. Ejemplo: Un cabello humano tiene 100.000 nm aproximadamente.


Con la nanociencia se pueden

entender las propiedades quánticas

y su termodinámica, que no se

pueden estudiar ni ver a escala

macroscópica.

Investiga, con átomos y moléculas,

en vez de materiales en su

conjunto.


Busca que las propiedades de moléculas

individuales, al unirlas, formen nuevos

materiales con nuevas y sorprendentes

características.

Igual, investiga con átomos y moléculas

artificiales que se fabrican en laboratorio.

Estos se comportan como átomos y

moléculas naturales pero con otras

características, que no se conocen en

los sistemas naturales.


Es la aplicación de la nanociencia en el desarrollo de productos

tendientes a mejorar el bienestar del género humano. Pretende

diseñar objetos o dispositivos con funciones específicas cuyas

dimensiones son de unos pocos nanómetros.

Involucra ciencias como la química, la física, la bioquímica, la biología

molecular, ingeniería electrónica, química supramolecular (que

estudia el conglomerado de moléculas) y química computacional,

entre otras.


Usa microscopios y pruebas de

proximidad, imágenes electrónicas y

posicionamiento molecular electrónico,

entre otras técnicas.

Inició con tres (3) pilares fundamentales:

la química, la física y la biología.


BOTTOM-UP de lo atómico o molecular a lo NANO TOP-DOWN de lo Macro a lo NANO Estos métodos utilizan técnicas como:

“Chemical Vapour Deposition” (CVD) o deposición química de

vapores.

“Sol – Gel”

“Self assembled” o auto ensamblado.

Fabricación molecular.


En la medicina, las tecnologías de la información,

nuevos materiales, producción y almacenamiento de

energía, nanoelementos, alimentos, medio ambiente y

sistemas de seguridad, entre muchos otros.


La técnica del “Top Down” o miniaturización es la más

empleada hasta ahora, pero tiene la desventaja que las

“mini” estructuras son las mismas que se encuentran en el

material macro. Sin embargo, algunos materiales al

miniaturizarse, se vuelven más activos, más reactivos, por el

solo hecho de aumentar su área superficial y disminuir su

interacción interna que puede minimizar sus propiedades

superficiales.


La técnica del “Bottom Up”, que va de menor a mayor, inicia

con una estructura nanométrica (por ejemplo: una molécula)

y mediante un proceso de “montaje” o auto ensamblado

forman estructuras más complejas que siguen clasificadas

como nanocompuestos.


La fabricación molecular es la última tecnología para realizar

“auto montaje”. Consiste en la capacidad de construir

dispositivos, maquinas e inclusive productos con cada átomo

en un lugar específico. Esta técnica fue desarrollada por K. Eric

Drexler.

Se prevé que las fábricas moleculares sean capaces de crear

cualquier material mediante procesos de montaje controlado de

átomos y moléculas, con alta precisión.


La disminución del tamaño,

incrementa las propiedades

energéticas superficiales de los

materiales


Los rayos de electrones se usan para hacer diseños (químicos)

que luego exponen una nueva superficie. Se emplea en la

fabricación de circuitos integrados.

Con nanotecnología se fabrican materiales y productos más

duros, más durables, más resistentes, mas ligeros y más baratos

(lo cual no implica que la tecnología sea barata) Por ejemplo:

pinturas o recubrimientos que no se rayan, o telas que no se

arrugan y/o no se ensucian.

Los componentes electrónicos serán cada vez más pequeños, lo

que facilita el diseño de ordenadores más potentes.


Con la nanotecnología y especial con la nanoBIOtecnología se

están haciendo desarrollos en el área de prevención, diagnóstico

y tratamiento de enfermedades. Por ejemplo: sondas

nanoscópicas, herramientas que combatirán enfermedades

hereditarias e indicadores que detecten y destruyan células

cancerígenas.

Se pueden fabricar envolturas inteligentes para conservar los

alimentos frescos y en buena calidad.


Las N+N tendrán repercusión en el transporte, en la

industria cosmética, en el sector de la construcción, en la

industria farmacéutica, en fabricación de

electrodomésticos, en el sector de las comunicaciones, en

seguridad y defensa y en la industria espacial entre

muchos otros.


En comunicaciones, la longitud de onda se ha ENCOGIDO

desde el tamaño de un campo de futbol (100 m) al tamaño

de 1 ameba (una décima de mm). Se podrán utilizar

muchos satélites enviando información permanente (se

estiman más de 1.000).

Los investigadores estiman que en una década será

posible insertar un “catéter” en una arteria y dirigirlo, por el

sistema circulatorio, hasta el cerebro.


Los nanotubos como los de carbono son 100 veces más

fuertes que el acero; pueden ser doblados y desdoblados

sin fracturarse. Pueden transmitir 1 billón de amperios (el

cobre se derrite con 1 millón); transmite 6.000 Watts por

metro por grado kelvin (el diamante puro transmite 3320

W/m-k); su estabilidad térmica en vacio llega a 2800º (los

metales en los microchips se derriten entre 600º y 1.000 º).

Se está trabajando en la fabricación de nanocables de

polímero con diámetros de 100nm.


Se fabrican sobre la base de nanotubos de pared única

Las moléculas de bencina pueden adherirse al nanotubo

constituyendo el nanoengranaje


Se pueden construír cápsulas

que naveguen por la sangre:

Cáncer

Enfermedades infecciosas

Diabetes

Afinar el diagnóstico

Fabricar nano-robots


En los próximos años, debe ser

de PRIORIDAD para el sector

de los pavimentos el desarrollar

tecnologías NANO para

mejorar la calidad de los

materiales y/o procesos y/o el

impacto ambiental y/o los

costos que tiene esta industria.


Desarrollo y uso de polímeros (aditivos de diferente naturaleza)

más reactivos y resistentes, para la modificación de los

asfaltos.

Desarrollo y uso de técnicas que permitan mejorar la

interacción, a nivel de interfase, entre el bitumen y el agregado

mineral.

Desarrollo y uso de técnicas que permitan mejorar la

estabilización de suelos y taludes.


Desarrollo y uso de nanocompuestos

de diferente naturaleza que, como

aditivos, mejoren las propiedades del

ligante y/o su interacción a nivel

interfase con el agregado mineral.

Desarrollo y uso de pinturas para

señalización horizontal, más

resistentes y durables.


Los riesgos de los productos nanotecnológicos, se caracterizan por

tener mayor superficie re(activa), con posible mayor impacto en el

medio ambiente, en la seguridad industrial y por tanto, en la salud

ocupacional .

• La nanotecnología tiene riesgos evidentes; inmediatos y a largo

plazo.

Inmediatos: Toxicidad intrínseca de algunos de ellos

A largo plazo: Potenciales contaminaciones como la

denominada “la plaga gris”.


Los nanomateriales pueden penetrar por los poros de la

piel. Las células de los seres vivos no detectan los

nanoproductos como material extraño y por tanto no

desarrollan anticuerpos; hay posibilidad que algunos de

ellos penetren a las células, incluso a las nerviosas y se

depositen en ellas.

Los nanoproductos por su tamaño y naturaleza pueden

dispersarse con mayor facilidad en el medio ambiente

(tierra, agua y aire) haciendo más difícil su control.


Identificar y solucionar problemas de seguridad de las N+N.

Promover procedimientos seguros y rentables para minimizar

exposición de trabajadores, consumidores y medio ambiente.

Desarrollar modelos y normas, con terminología y orientaciones,

para determinar el riesgo durante el ciclo de vida de la tecnología.

Desarrollar y propender reglamentos con :

Umbrales de toxicidad.

Umbrales de medición y emisión.

Riesgo y umbrales de exposición.


Definir umbrales de producción.

Informar al usuario y definir formas de etiquetado de

productos.

Revisar y modificar especificaciones para aplicaciones y usos.

Informar sobre nanopartículas de nuevas sustancias a

instituciones de control.

Adoptar números de registros reconocidos en el “Chemical

Abstract Service” y fichas de datos de seguridad.

Adoptar códigos de “buena conducta”.

Estudiar y apoyar aspectos de beneficio mutuo (metrología;

nomenclatura; determinación del riesgo; bases de datos

toxicológicos, eco-toxicológicos y epidemiológicos).


Las N+N brindan muchas oportunidades para mejorar la tecnología

de los pavimentos flexibles.

Es posible desarrollar y aplicar nanopartículas o nanofibras para

mejorar las diferentes propiedades del ligante asfáltico:

Nanofibras que, como el caso de los polímeros, tengan altas

resistencias mecánicas y que, preferiblemente reaccionen con

algunos de los componentes del asfalto.

Nanopartículas que influyan en el comportamiento “Sol – Gel” del

bitumen.

Nanopartículas que actúen como aditivos de los bitúmenes para

disminuir su deterioro ante la oxidación y para mejorar su

adhesión a los agregados minerales.


Es posible desarrollar y aplicar nanopartículas que

interactúen (reaccionen) con los agregados minerales para

mejorar su adhesión con determinados asfaltos.

Es posible desarrollar y aplicar nanofibras o nanopartículas

para estabilización de suelos y taludes.

Es posible desarrollar y aplicar nanofibras y/o

nanopartículas para desarrollar pinturas resistentes y

durables para la señalización horizontal de pavimentos


Fortalecer el recurso humano (de diferentes disciplinas) en N+N.

Establecer redes de Grupos y Centros de Investigación para

investigaciones conjuntas.

Gestionar con nuestros gobiernos apoyo para fortalecer la

infraestructura para la I+D+i en las N+N.

Incluir como parte fundamental de cada proyecto, el estudio del

impacto ambiental y social de las tecnologías desarrolladas.

Crear, a través de la ALA, programas de interés común en las

N+N.

Si como se prevé, las N+N causarán la “TERCERA REVOLUCIÓN

INDUSTRIAL”, estamos a tiempo para iniciar este recorrido.


Contacto: Kilómetro 2 vía al Refugio, Sede UIS, Guatiguará , Piedecuesta, Santander, Colombia.

Teléfono: 57-76-551395 ó 57-76-550806

LARISSA CHIMAN (QPD)PhD, Química, Investigadora - CORASFALTOS

E-mail: [email protected]

LUIS ENRIQUE SANABRIA GRAJALESMsc. Ing. Químico, Director Ejecutivo - CORASFALTOS

Móvil: 311 854 8336. E-mail: [email protected]; [email protected].

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