Nanotecnologia1

NANOTECNOLOGIA“La Nueva Revolución de la Tecnología de nuestro siglo”

Javier Rengifo GonzálesCurso de Instrumentación en Física

Facultad de Ciencias FísicasUNMSM

Resumen1. ¿Que es y que significa la

nanociencia y la nanotecnologia?2. ¿Cómo se comenzó a estudiar esta

nueva ciencia?3. Manipulación de objetos

nanometritos.4. Importancia y Aplicaciones de la

nanotecnologia en nuestro mundo.5. Oportunidades y Retos.

1. ¿Qué es y que significa la nanociencia

y la nanotecnologia?

¿Qué se entiende por nanotecnologia?

Escala nanométrica

Nuestro Sistema Solar

La influencia del Sol (Heli oosfera) es aprox. 15. 000 millones de Kilómetros del Sol

Nuestra Tierra en Kilómetros

El diámetro de la Tierra es aprox. 12760 km.

Nuestro mundo en metros

El Burj Dubai

604.9 m

El monte Everest aporx. 8

848 mTorre de Varsovia

646m

Nuestro mundo en centímetros

Nuestro mundo milimétrico

Diametro de objetos de aprox. 1mm

Comparación de Estructuras naturales y manufacturadas

• 1 persona --> alrededor de los 2 m. de altura

• 1 hormiga --> aproximadamente, 1 cm. (1cm.= 10 a la -2 m.

• 1 célula --> 20 micrómetros (1 µm.= 10 a la -6 m.)

• 1 ribososma --> 25 nanómetros • 1 nanómetro = 10 a la -9 m. • 1 nanómetro cúbico = aproximadamente,

258 átomos de carbono.

¿Qué es la nanociencia?

¿Qué es la nanociencia?• La Nanociencia es un

área emergente de la ciencia que se ocupa del estudio de los materiales cuyo tamaño es desde cientos a décimas de nanometros.

• No puede denominarse química, física o biología dado que esta nueva ciencia trata de manera muy especifica con materiales manométricos, además de ser interdisciplinaria.

¿Qué es la nanotecnología?

• Es la capacidad de diseñar, controlar, modificar y sobre todo manipular materiales a nivel nanométrico, con una precisión de átomo a átomo con sus sistemas y cambios tanto físicos, químicos como biológicos.

“Si me pidieran elegir un área de la ciencia y de la ingeniería que producirá muy probablemente las brechas del futuro, señalaría a la ciencia y a la ingeniería de la nanoescala”.

-Neal Lane Former Assistant to the President for Science And Technology


• Para hacerse una idea de lo pequeño que puede ser un nanobot o una nanoestructura, más o menos un nanobot o una nanoestructura de 50 nm tiene el tamaño de 5 capas de moléculas o átomos (depende de qué esté hecho el nanobot).

• nano- es un prefijo griego que indica una medida, no un objeto, de manera que la nanotecnología se caracteriza por ser un campo esencialmente multidisciplinar, y cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que trabaja.

• Un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro (10^(-9) metros)


Escala Nanométrica

2. ¿Cómo se comenzó a estudiar esta nueva ciencia?

Algo de historiaComo fue evolucionando esta

nueva ciencia

¿Cómo se comenzó a estudiar esta nueva ciencia?

• El ganador del premio Nóbel de Física, Richard Feynman fue el primero en hacer referencia a las posibilidades de la nanociencia y la nanotecnología en el célebre discurso que dio en el Caltech (Instituto Tecnológico de California) el 29 de diciembre de 1959 titulado Al fondo hay espacio de sobra (There's Plenty Room at the Bottom)

• El termino Nanotecnología fue creado en 1974, en la Universidad de Ciencias de Tokio por el profesor Norio Tanguchi

• En la década de los 80, el termino fue reinventado en su definición extendida por el profesor K. Eric Drexler del Massachussets Institute of Technology, mas específicamente en su libro “Engines of creation – The comino Era of Nanotechnology” (1986)

• Mini-robots


Gerd Binning y Heinrich Rohrer ganaron el Nóbel de Física por la invención del Microscopio de Efecto Túnel (STM).


3. Manipulación de objetos

nanometritos¿Como podemos manipular

estos objetos si son invisibles para nosotros?

Manipulación de objetos nanometritos

• Una de las cuestiones más intrigantes cuando se trata de Nanociencia es como tornar posible la manipulación de estructuras tan pequeñas.

• El 10 de agosto de 1982, un año después de su invención, la IBM consiguió la patente del Microscopio de Barredura por Tunelamiento Electrónico (STM).

Manipulación de objetos nanométricos

• Para producir nanocomponentes los investigadores usan las técnicas Atomic Force Microscopy (AFM) y Scanning Tunneling Microscopy (STM), (para empujar y reunir estructuras átomo a átomo)

• De un modo similar a la técnica fotolitográfica empleada para crear microchips, se puede trabajar a escala nanométrica usando rayos de electrones procedentes de microscopios específicos.

• Estas herramientas son esenciales para construir moléculas en forma de balón de fútbol formadas por 60 átomos de carbono, que se combinan con otros tipos de átomos, como los de nitrógeno, para adquirir mayor fortaleza y elasticidad.

• Una aplicación potencial de este tipo de componente puede ser revestir y proteger los discos duros, por ejemplo. Los tubos de carbono de cristal, también llamados nanotubos, son similares a los anteriores pero con miles de átomos. Combinando estos cilindros de distintas formas, tamaños y propiedades eléctricas, actúan como semiconductores que están siendo aplicados a componentes electrónicos como los transistores o las puertas lógicas de los ordenadores. También se están desarrollando nanocables de silicio.

Microscopio de Tunelamiento - (STM)

Microscopio de Fuerza Atómica- (AFM)

• Esquema del proceso de extracción de un átomo de una superficie. Por tunelamiento

• Nanologo de la IBM

• Proceso de escritura con átomos de Xe sobre una superficie de Zn mediante STM

Manipulación de objetos nanometritos

• Las tecnologías que permiten la creación de nanoestructuras y la miniaturización se pueden agrupar en dos grandes familias: topdown (de arriba abajo) y bottom-up (de abajo a arriba). La ruta habitual en la fabricación de dispositivos electrónicos de tamaño cada vez menor se denomina top-down.

4. Importancia y Aplicación de la

Nanotecnologia en nuestro mundo

Importancia para distintos campos de la ciencia

Importancia y Aplicación de la Nanotecnologia en nuestro mundo

• Computación y alamacenamiento de datos

• Materiales y Manufactura

• Vida y Medicina

• Energia y Medio Ambiente

• Transporte

• Seguridad Nacional

• Exploración Espacial

Nanotube-basedbiosensor forcancer diagnostics

Biosensores

Source: UC Berkeley

• Biotecnología

• Semiconductores

• Nanotubos de carbono

Importancia y Aplicación de la Nanotecnologia en nuestro mundo

LAS 10 APLICACIONES MAS PROMETEDORAS DE LA

NANOTECNOLOGIAUn grupo de investigadores de la Universidad de Toronto, en Canadá, ha elaborado un informe en el que, tras consultar a 85 expertos en nanotecnología, se detallan los 10 campos que más pueden beneficiarse de estas tecnologías en países en vías de desarrollo

- Almacenamiento, producción y conversión de energía- Mejoras en la productividad 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

Importancia y Aplicaion de la Nanotecnologia en nuestro

mundo

Vidrio para autos, Revestido con nanoparticulas de oxido de titanio que rigen la luz y repelen impurezas

En televisores LCD, se usaran nanoparticulas de carbono en la espesura y en los tubos catódicos

Chips y memorias para Pc`s, Existen ahora memorias del tamaño de un sello postal y con capacidad de 8 GB

Minilabs, en la medicina, para un mejor control de salud. En la empresa Lab Now Inc. Analiza la sangre con mas rapidez

5. Oportunidades y Retos

Lo que hay hasta ahora hay y lo que se seguirá avanzando

2002

2005

2010

2015

BiomimeticsRadiacion resistente

Computacion Molecular

Nanoelectronica y ComputacionImpacto en Transportacion Espacial, ciencias espaciales y

ciencias terrestres.

Dispositivo nanotecnologico

Moleculas Biologicas

Alamacenamiento de Ultra alta

densidad

Mis

sio

n C

om

ple

xity

Compute Capacity

RLV

he-

Componentes nanoelectronicos

Europa Sub

RobotColonial

Sensor Web

NanosensoresImpacto en Transporte espacial, Ciencias Espaciales, Astrobiologia

2002 2005 2015

Mis

sio

n C

om

ple

xity

Sensor Capacity1999

DSI RAX

2003ISPP

Missions too earlyfor nanotechnology impact

Biosensors

Estacion espacial

Europa Sub

Robot Colonial en Marte

Sensor Web2020

Vibracion con NanotubosDiagnostico con Sensores

de propulsion

Sensores OpticosPor vision Sintetica

Nanopore for in situbiomark-sensor

Multi-sensorRedes (Quimica,optica and bio)

2010

Sharp CJV

2002 2005 2010 2015

NANOTUBE COMPOSITES

Materiales

Multifuncionales

SO3

- SO3

SO3- -

H+ H +H +

SO3-

SO3-

Ca++

SO3-

SO3-Ca++

SO3-

SO3-Ca++

Ca++

Tacky

Non-tacky

temperature

SELF-HEALING MATERIALS

NanomaterialesImpacto en Ciencias Espaciales

Materiales

Auto - montaje

Generation 3 RLVHEDS Habitats

Nanotextiles

Mis

sio

n C

om

ple

xity

Strong Smart Structures

RLV Cryo Tanks

Production ofsingle CNT

CNT Tethers

CNT = Carbon Nanotubes

2002 2010 2020 2030

Biomimetics and Sistemas Bio-inspiradosImpact on Space Transportation, Space Science and

Earth ScienceM

issi

on

Co

mp

lexi

ty

Biological Mimicking

Embryonics

Extremophiles

DNA Computing

Brain-like computing

Self Assembled Array

Artificial nanoporehigh resolution

Mars in situlife detector

Sensor Web

Biological nanoporelow resolution

Skin and Bone

Self healing structureand thermal protection

systems

Biologically inspired aero-space systems

Space Transportation

NANOTECNOLOGIA ACTUAL

Aparatos en nuestra vida cotidiana que tienen

nanotecnologia

Componente nanometrico en un

receptor de radio • Un grupo de

investigadores de la Universidad de California en Irvine ha desarrollado y presentado el primer sistema de radio operativo en el mundo que recibe ondas de radio inalámbricamente y las convierte en señales de sonido a través de un detector nanométrico confeccionado con nanotubos de carbono

• Unos ingenieros han demostrado cómo cultivar bosques de diminutos cilindros llamados nanotubos de carbono, sobre las superficies de chips de ordenador, para mejorar el flujo de calor en un punto crítico donde los chips se conectan a los dispositivos de enfriamiento conocidos como disipadores de calor.

Bosques de nanotubos

LAVADORA CON TECNOLOGIA NANO SILVER

• SAMSUNG INTRODUCE INNOVADORA TECNOLOGÍA SILVER NANO EN SU LÍNEA BLANCA

• La tecnología Silver Nano trabaja para crear un ambiente más sano en el hogar gracias a que elimina gérmenes en ropa, alimentos y aire.

Nokia Morph, muestra de nano tecnología en móviles

• Nuevos materiales, gadgets que se transforman y casi sienten por sí solos.

• Las ideas que se están desarrollando conjuntamente entre Nokia y Cambridge, llegarán a los productos de consumo no antes de 7 años, para el 2015 más o menos

Logitech revela un mouse “nano” para

portátiles• La compañía con sede en

Fremont, California, presentó un mouse inalámbrico basado en su modelo VX Revolution, que incluye la tecnología MicroGear Precision Scroll Wheel, aunque utiliza dos pilas AAA en lugar de una AA.

• Se trata del periférico VX Nano, que incorpora un receptor USB muy pequeño, destinado a evitar las molestias causadas por los tradicionales puertos, ubicados generalmente en los laterales de las portátiles.

IBM inventó la nanoimpresión

• IBM en Zurich se encuentra desarrollando una valiosa tecnología que en caso de ser exitosa realmente revolucionará el mundo de los dispositivos electrónicos

• Se trata de una impactante impresora que podría imprimir a nanoescala, logrando la impresión de partículas pequeñísimas de sólo 60 nm, un número unas 100 veces menor que una célula roja del cuerpo humano. Sería algo así como una impresora de unos 100.000 dpi, es decir ese número de puntos por pulgada, algo que la vista humana no podría percibir

- Centro de Nanotecnologia de la NASA http://www.ipt.arc.nasa.gov

- Memorias del X Simposium Nacional de Estudiantes, Arequipa, Perú, “ Nanociencia y Nanotecnologia, conociendo el nanomundo” por Lady Campos.

- Portal de ciencia http://www.portalciencia.net/nanotecno/

- IOP Nanotechnology http://www.iop.org

- National Nanotechnology Initiative http://www.nano.gov/

- http://www.nano.gov/

- http://www.pcb.ub.es/crea/proyectos/ciencia/fasespro.htm

Créditos

Nanotecnologia1

Education

Transcript of Nanotecnologia1