introducción a la nanotecnología

Download Introducción a la nanotecnología

If you can't read please download the document

Upload: oyekun-tesia

Post on 10-Dec-2015

229 views

Category:

Documents


4 download

DESCRIPTION

Nanotecnologia

TRANSCRIPT

CHARLA NANO TALLER BASES DESARROLLO RESPONSABLE NANOMEDICINA IVIC 2015Introduccion a la NanoTECNOLOGIA Gema Gonzlez Centro.IngenieriadeMaterialesyNanotecnologia InstitutoVenezolanodeInvestigacionesCientficas Anwar Hasmy ObservatorioNacionaldeCiencia,TecnologiaeInnovacion Esquema Conceptos y nociones de la nanotecnologa Breve historia Herramientas de la nanotecnologa Aplicaciones Riesgos Aspectos transversales de la nanotecnologa Que es Nano? Nano vocablo griego que significa enano Nanmetro= 1metro / mil millones 1 milimetro / milln Donde encontramos nano? http://www.quesant.com/Gallery/gallery_contents.htm nano-iPod 2 -0.5 nm Para tener una idea del tamao de un nanmetro: Dimetro de un cabello humano ~75.000 nm, Dimetro de un glbulo rojo ~ 3.000 nm Dimetro del virus de la influenza ~ 200 nm Algunas definiciones Nanoestructuras: objetos de tamao entre 1 y 100 nanmetros (nanoescala) La nanociencia estudia las nanoestructuras, sus propiedades y los procesos fundamentales que ocurren en la nanoescala (acumulacin de conocimientos) La nanotecnologa se refiere a aplicaciones de la nanociencia en la produccin de bienes y servicios (bsqueda de la eficiencia) NANOTECNOLOGIA La manipulacin de la materia tomoatomo formando dispositivos de tamaos nanometricos. INGENIERIADESISTEMAS FUNCIONALESAESCALAMOLECULAR NANOREVOLUCIN Revolucin Nanotecnolgica Se predice que la Nanotecnologa rivalizar con el impacto en el desarrollo producido por el automovil y la introduccin de la computadora personal. Desarrollo de la nanotecnologa -2000 Nanoestructuras Activas a.Bioactivas, aplicaciones en salud, biodispositivos b.Activos fifsico-quimicamente, transitores 3D, amplificadores, actuadores Sistemas de Nanosistemas Redes 3D y arquitecturas herarquicas, autoensambladas, robotica Nanosistemas Moleculares Dispositivos moleculares por diseo con funciones emergentes 2025 Relacindetomossuperficie/volumenparananopartculas Tipos demateriales de dimensin zero hasta granos equiaxiales tridimensionales en la escala nanometrica. Tipos dematerialesnanostructurados nm R.W.Siegel,NanophaseMaterials,EncyclopediaofAppliedPhysics,vol.11,VCHPublishers 1994,p173) Diferentes formas de nanocristales pueden ser producidas en soluciones Nature Materials 2, 145 -150 (2003) Varias formas de cristales de cobre producidos en presencia de diferentes sales con la misma concentracin 10-2 M Cu(AOT)2 estabilizada en isooctano. Hidracina aadida w= 10 y a 10-1 M concentracin total [N2H4], [NaCl] = [NaBr] = [NaF] = [NaNO3] = 10-3 M. Si cortamos una moneda de oro a la mitad, sus propiedades no cambian. Media moneda es metlica, conductora, DORADA. Si repetimos el proceso, las cosas no cambian podemos llegar hasta las micras sin que se modifiquen las propiedades del oro. Si pudisemos seguir cortando la moneda, al llegar a los nanmetros nos sorprenderamos: Oro nanoscopico Propiedades distintas!! Depende del tamao No es dorado Nanodiscos: a, propiedades pticas de partculas de Au en forma de nanodiscos con tamaos variando desde 20 nm a 100 nm. Marie-Paule Pileni Nature Materials 2, 145 -150 (2003) El uso de Nanoestructuras no es nuevo Ejemplo1: Artesanos de la edad media usaron nanopartculas de oro para colorear los vitrales Pintura mural en Bonampak, Chiapas. El azul maya es una pintura que fue usada muy frecuentemente en Mesoamrica. Hoy se sabe que dicha pintura est formada por una mezcla de ndigo con una arcilla, la cual tiene cavidades de tamaos nanoscpicos. Las molculas de ndigo quedan atrapadas en dichas cavidades, creando una estructura que le da al material su color y estabilidad caractersticos. En diciembre de 1959, Richard Feynman (premio Nbel de Fsica en 1965), present su visionaria charla Hay suficiente espacio en el fondo (there is plenty of room at bottom) De lo que les quiero hablar es del problema de manipular y controlar cosas en la escala de lo pequeo dijo. Feynman explic que ninguna ley fsica evitaba que se pudiese hacer cosas como miniaturizar las computadoras. En la actualidad, lo realmente nuevo de la nanociencia y la nanotecnologa tiene que ver con: La habilidad acumulada por el hombre en la manipulacin, diseo, control y caracterizacin de la nanoescala lo cual permite explotar de manera racional las nanoestructuras para la produccin de nuevos bienes y servicios Estas tcnicas son diferentes entre si pero tienen en comn el tamao en las que operan: la nanoescala Por esto se habla indistintamente de nanotecnologa o nanotecnologas Nanomateriales Propiedades Efectodeltamao: Importante cuando el tamao caracterstico de la unidad de construccin de la microestructura (tamao de cristal)es del orden de la escala de longitudcritica del fenmeno fsico (ej. Elcamino libre medio de electrones o fonones, la longitud de coherencia,etc.) PROPIEDADES DEPENDIENTES DEL TAMAO pticas Elctricas Fsicas Qumicas Mecnicas Magnticas Punto de fusin mecnicas Catalticas Herramientas de la nanotecnologa Tcnicas para la caracterizacin de la nanoescala Tcnicas microscpicas Tcnicas espectroscpicas Otras Tcnicas para la produccin de nanoestructuras De arriba-abajo De abajo-arriba Tcnicas para la caracterizacin de materiales nanoestructurados TEM analysis of NCB (left) and CNT (center), AFM 3D image of TGA (Thermogravimetric analysis) Quantum dots aggregates (right). AAS (Atomic Absorbance Spectroscopy) LC-CAD/UV/FL/MS (High Performance Liquid Chromatography-Charged Aerosol Detection/UV/ fluorescence/Mass Spectrometry) GC-MS (Gas Chromatography-Mass Spectrometry) ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry NMR (Nuclear Magnetic Resonance) ESR (Electron Spin Resonance) BET and DLS analysis of Carbon Black e FFF-DRI and FL determination of size Determination of impurities: PAHs by GC-MS (left), metals by ICP-m MS(center); substituted e PAHs by HPLC-FL (right) in CB. n tdistribution and concentration of QDs. METODOS DE FABRICACION DE NANOESTRUCTURAS METODOS FISICOS METODOS QUIMICOS METODOS BIOLOGICOS nanopartcula Reduccin de Sales Reduccin de precursores organometlicos Tcnica Sol-Gel Descomposicin Sonoqumica Descomposicin Trmica Tcnica de Micelas Inversa Deposicin Electroqumica Mtodo de microemulsiones No se mezclan Microemulsiones Tcnica sol-gel Dependiendo de las condiciones se pueden producir desde nanopartculas a materiales porosos nanoestructurados cula, debe kTime y de presor . Sntesis de materiales Porosos nanoestructurados http://www.seas.ucla.edu/~pilon/Mesoporous.htm Fsica: losfsicosson escultoresde laestructura Pulverizacin Catdica Sputtering Litografa Tcnicas haz de electrones Molienda Mecnica Condensacin de Gas Inerte Ablacin laser Crecimiento MBE, Epitaxia de haces moleculares: hay un control capa por capa En forma similar a como se pinta con un aerosol pintamos las superficies con atomos Litografa y Nanolitografa Lente condensador Mscara Lente de enfoque Sustrato Litografa se refiere a la impresin con tinta de una imagen grabada en una matriz o molde de piedra sobre un papel. Los chips de computadoras son fabricados usando un mtodo llamado fotolitografa. En lugar de tinta se usa luz Con luz ultravioleta se tiene lneas de 100 nm de ancho Con luz del extremo ultavioleta se tienen lineas de 14 nm Usar electrones en lugar de luz Mecanoquimica para produccin de nanoparticulas Descarga de Arco Elctrico Atmsfera de gas inerte (He, Ar) Dos cilindros de carbon son colocados uno a otro a una distancia de aprox. 1 mm Al aplicar una diferencia de potencial por encima de un umbral, el carbon se evapora creando fullerenos y nanotubos de carbono Involucra altas temperaturas Se pueden usar o no catalizadores Usa intensidades altas de lser (involucra altas temperaturas) Puede ser asistida o no por catalizadores Bastante usada pero demanda mucha energa (costosa) Ablacin lser Se puede obtener fullerenos y nanotubos de carbono multipared y simplepared Metodos biologicos Nanoestructuras de oro cuando se crecen plantas de alfalfa en un ambiente rico en cloruro de oro Materiales luminiscentes usando diatomeas La capacidad de biomineralizacin de las diatomeas ser controlada para fabricar biolgicamente materiales nanoestructurados de silicio y germanio. Investigadores pudieron insertar metablicamente metales forneos (por ejemplo germanio) en la frstula (de slice) de la clula de una diatomea viva para luego producir copias en forma masiva (aproximadamente un milln por milmetro de suspensin lquida de cultivo de clula). Estos materiales poseen propiedades optoelectnicas incluyendo una fuerte luminiscencia en la regin azul. Sntesis Problemas a Resolver Polmero Material Mesoporoso Siliceos Ordenado Desordenado MCM-41 Polivinilpirrolidona (PM: 40.000 PVP) Va de Sntesis Va de Sntesis Reduccin Impregnacin Impregnacin de sales Sntesis Directa SISTEMAS AlFe, AlTi, AlNi MoW, MoNi,NiW FeCo,FeNi,CoNi Sistemas inmiscibles: (FeCo,FeNi,CoNi)-Ag Biomateriales (fosfatos de calcio e Hidroxiapatita) Oxidos de Fe tipo espinela Metales/polmero Metales/Sistemas mesoporosos Biomateriales/polmero: aplicaciones en injertos seos y biocementos Liberacin controlada de frmacos Aplicaciones:medicina RESULTADOS Nuestro Lab Nanopartculas de CoNi Nanopartculas de CoNi Co(acac)3, Ni(acac)2 18 nm G.Rodriguez,G.Gonzalez,CongresodeQuimica,Margarita,VenezuelaOct.2003 RESULTADOS MET imgenes campo oscuro Co/PVP, 2 nm Fe/PVP, 4 nm CoCo2O4 FeO Algunas aplicaciones Medicina :capsulas para liberacin controlada de frmacos Aplicaciones de la nanotecnologa a la Energa Solar PV Power Costs as Function of Cell For PV or PEC to provide the level of C-free energy required for electricity and fuel power cost needs to be 2-3 cents/kWh ($0.40 $0.60/W) Celdas solares mas eficientes flexibles y baratas Aplicaciones de la nanotecnologa a nuevas fuentes de energa Jaulas nanoscopicas de materiales organometalicos Aplicaciones de la nanotecnologa a la industria electrnica Electrnica de los grandes impulsores de la nanociencia y la nanotecnologa ha sido la industria de los semiconductores, la cual busca y ha permitido la fabricacin de aparatos electrnicos cada vez ms pequeos. O ms grandes