trabajocolaborativo1_grupo15
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Taller colaborativo 1 de fisicade semiconductoresTRANSCRIPT
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA
Escuelas de Ciencias Sociales, Artes y Humanidades
Física de Semiconductores
ACTIVIDAD 6 – TRABAJO COLABORATIVO 1
Física de Semiconductores
Presentado por:
CARLOS HOLMES MONTOYA T.
CÓDIGO: 94302399
DIEGO FERNANDO MAYORQUIN SILVA
CÓDIGO: 94319406
CARLOS ALBERTO SÁNCHEZ VARELA
CÓDIGO: 94326879
SERGIO DAVID MARTINEZ ZARTECODIGO: 91540351
ROBINSON ARLEY MONTOYA VEGA
CODIGO: 91536286
Grupo: 299002_15
Tutor del Curso:
JOAN SEBASTIAN BUSTOS
(Director)
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD
ESCUELA CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA (ECBTI)
CEAD Santa Marta, Palmira
10 de Octubre de 2014
2
DESARROLLO
Tabla No. 1. Resumen de Sobre los Documentos Consultados y Relacionados
TEMA BIBLIOGRAFIA O WEBGRAFÍA FECHA DE
CONSULTA
Superconductivi
dad
Montecinos, C (S/F) Superconductividad [Blog] Temuco,
Chile. Recuperado en:
http://www.inele.ufro.cl/bmonteci/semic/apuntes/superco
nductividad/superconductividad.htm
09/09/2014
https://www.youtube.com/watch?
v=RmyhdIP5msQ&index=1&list=PLC67EF22EA5F38F9
4
10/09/2014
Nanociencia y
Nanotecnología
Universidad Autónoma de Barcelona (2014)
Nanociencias y Nanotecnologías [Contenido en linea]
Barcelona, España. Recuperado en:
http://www.uab.es/servlet/Satellite/bolonia/los-nuevos-
grados/nanociencia-y-nanotecnologia-
1265010840866.html
12/09/2014
Blog de Nanotecnología (S/F) Nanotecnología y
Medicina [Contenido en linea] Recuperado en:
http://www.portalciencia.net/nanotecno/nanomedicina.ht
ml
15/09/2014
U Cuad. Cent. Estud. Diseño Comun., Ens. no.42
(2012) Nanociencia y Nanotecnología... un mundo
pequeño[BLOG] Recuperado el 02 de abril de 2014
en:http://www.scielo.org.ar/scielo.php?pid=S1853-
09/09/2014
3
35232012000400010&script=sci_arttext
Energía y Medio
Ambiente
Webacadémica (2013) Tecnología Ambiental
[Contenido en linea] Recuperado en:
http://centrodeartigos.com/articulos-informativos/article_
64902.html
10/09/2014
https://www.youtube.com/watch?v=9Jz5S9lW7xs 30/09/2014
Nanomateriales
o materiales
super
resistentes
Castillo, Felipe. (2012). INTRODUCCIÓN A LOS
NANOMATERIALES. [Contenido en línea]. Recuperado
en:
http://olimpia.cuautitlan2.unam.mx/pagina_ingenieria/mecani
ca/mat/mat_mec/m6/Introduccion%20a%20los
%20nanomateriales.pdf.
EcuRed (2014) Nanomateriales:
http://www.ecured.cu/index.php/Nanomateriales
16/09/2014
13/09/2014
Javier García Martínez, Gonzalo Abellán, Adela I.
Carrillo, Noemi Linares. (2008).Nanomateriales para
aplicaciones avanzadas. . [Contenido en linea]
Recuperado en:
http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/3857/1/paper_j
garcia.pdf.
15/09/2014
Criollo Ordóñez, L. (2012). NANOTECNOLOGIA:
NANOMATERIALES Y SUS APLICACIONES. 1st ed. -
Azuay-Cuenca: ups.edu.ec.
16/09/2014
4
Martinez Navarro, F., & Turegano Garcia, J. (2012).
Nuevas Necesidades, Nuevos Materiales. In Ciencias
para el Mundo Contemporráneo-gui de recursos
didacticos (3rd ed., Vol. 1, pp. 292-323). Canarias:
Gobierno de canarias.
16/09/2014
INDICE
5
Tabla de desarrollo de Referencias 2
Introducción 6
Objetivos 7
Artículos Superconductividad 8
Artículos Nanociencia y Nanotecnología 23
Artículos Energía y Medio Ambiente 31
Nanomateriales 38
Conclusiones 54
6
INTRODUCCION
El objetivo de este taller es investigar acerca de las nuevas tendencias, desarrollos,
investigaciones, entre otros, que se están presentando a nivel mundial con la evolución
de la física de semiconductores, para ello, durante el presente trabajo se hará una
presentación de los resultados obtenidos de la búsqueda de fuentes bibliográficas de
los siguientes temas:
- Superconductividad.
- Nanociencia y Nanotecnología .
- Energía y Medio Ambiente
- Nanomateriales o materiales super resistentes.
La guía indica que solo serán válidos artículos de revistas científicas, libros, tesis o
publicaciones de Universidades, que tengan sus correspondientes referencias. Artículos
en blogs, wikipedia, o páginas personales, no serán válidos para el trabajo.
OBJETIVOS
7
1- Investigar y conocer acerca de las últimas tendencias de la tecnología de semiconductores aplicados a los siguientes campos:
- Superconductividad.
- Nanociencia y Nanotecnología
- Energía y Medio Ambiente
- Nanomateriales o materiales super resistentes.
2- Practicar la búsqueda de información especializada y de tipo reconocida por el
mundo científico y de la tecnología aplicada, o sea, bajo estándares de
conocimiento en el mundo científico y de la aplicación tecnológica.
3- Proveer un marco de referencias para nuevos trabajos en la UNAD.
Articulo 1 - Sergio Martinez
8
SUPERCONDUCTIVIDAD
Es una propiedad de algunos compuestos que no oponen resistencia alguna al paso de
corriente ya que los electrones se desplazan sin colisiones y en zigzag a través de los
cristales del átomo, es decir materiales con resistencia nula con los cuales se puede
ahorrar la energía que se disipa en forma de calor en los otros conductores, debido a la
colisión de los electrones entre sí y con los átomos del material. Además de lo anterior
tienen otra característica muy importante que consiste en que expulsan de su interior
los campos magnéticos mientras estos no sobrepasen un valor límite.
PROPIEDADES
Los superconductores ofrecen cuatro grandes ventajas sobre los conductores normales
que podrían ser explotadas en muchas aplicaciones, ellas son:
Conducen la electricidad sin pérdida de energía, y por tanto, podrían
utilizarse en lugar de los conductores para ahorrar energía.
No tienen resistencia, y por consiguiente no generan calor cuando se hace
pasar corriente eléctrica por ellos. En un conductor ordinario, la pérdida de
energía debida a su resistencia se disipa en forma de calor. Este calor impone un
límite al número de componentes electrónicos que pueden ser empaquetados
juntos. Utilizando superconductores se podrían empaquetar herméticamente un
gran número de componentes electrónicos, sin preocuparse por la disipación de
calor.
Tienen capacidad para crear campos magnéticos intensos. Estos campos
pueden ser generados por imanes superconductores relativamente pequeños.
Pueden utilizarse para formar uniones Josephson, que son conmutadores
superconductores. Su funcionamiento es similar al de un transistor, pero la unión
Josephson es capaz de conmutar a una velocidad 100 veces superior.
9
Conectando dos uniones Josephson de una forma especial, pueden detectarse
campos magnéticos extremadamente débiles. Estos detectores tan sensibles de
campos magnéticos reciben el nombre de SQUID's (Super-conducting Quantum
InterferenceDevices Dispositivos superconductores de interferencia cuántica)
ORIGEN
El descubrimiento de la superconductividad se remonta a 1908, año en el que el físico
holandés HeikeKamerlinghOnnes llegó a enfriar el helio hasta el punto de su
licuefacción, a una temperatura próxima al cero absoluto. Esta experiencia le permitió
observar fenómenos desconocidos hasta entonces y casi inconcebibles para los
científicos de la época: por un lado, la superfluidez y por el otro lado la
superconductividad, que Onnes demostró por primera vez en 1911.
Para lograr estas bajas temperaturas es necesario poner las muestras en contacto con
helio líquido, elemento difícil de obtener y que requiere de procesos complicados y
costosos para mantenerlo en su fase líquida. Desde entonces se inicio una búsqueda
ininterrumpida para alcanzar aleaciones que alcanzaran la fase superconductora a
temperaturas más elevadas.
La curiosidad que Onnes sentía hacia el comportamiento de la materia a bajas
temperaturas lo condujo al descubrimiento de la superconductividad experimentando
con el mercurio, siendo posible porque había conseguido la licuación del helio que
permitió enfriar los materiales a temperaturas próximas al cero absoluto (-273°C).
Puesto que el helio líquido es el mejor método que se conoce de refrigerar a
temperaturas extremadamente bajas, la superconductividad podría verse obligada a
esperar el desarrollo de nuevos materiales con temperaturas críticas más altas para
poder ofrecer beneficios fuera del entorno de un laboratorio.
Algunos científicos que trabajaban con superconductores similares a los empleados por
Onnes, intentaron subir ligeramente la temperatura crítica mezclando compuestos para
formar aleaciones superconductoras. Hacia 1933 la temperatura crítica fue duplicada a
10°K (aún muy baja).
10
El proceso fue lento y frustrante hasta 1941 cuando se encontraron aleaciones de
niobio que se volvían superconductoras a 15°K. No fue hasta 1969 cuando la
temperatura crítica volvió a duplicarse nuevamente, alcanzando los 20°K. Este avance
fue muy importante, puesto que el hidrógeno se licúa a 20°K. Por primera vez podía
utilizarse otro agente refrigerador.
Hacia 1971, los mejores superconductores eran aleaciones de niobio-aluminio y niobio-
germanio que alcanzaban esta fase. En 1972 se concedió el Premio Nobel de Física a
J. Bardeen, L.N. Cooper y J.R. Schriffer por sus trabajos realizados a finales de la
década de los años cincuenta, que daban cuenta del origen microscópico de la
superconductividad.
En 1973, la temperatura crítica subió unos pocos grados más, a 23°K. Durante
aproximadamente una década, los científicos intentaron aumentar la temperatura
crítica. Experimentaron sin éxito con muchos compuestos y aleaciones.
Finalmente en 1986 dos investigadores de IBM en Zúrich anunciaron haber conseguido
subir la temperatura crítica a 30°K en un material completamente nuevo. Los nuevos
materiales superconductores que no son aleaciones metálicas sino cerámicas hechas a
base de óxido de cobre mezclados con bario o estroncio y alguno de los elementos
conocidos como tierras raras (lantano, itrio y neodimio). Alex Müller y Georg Bednorz
habían sintetizado un complejo material cerámico (BaLaCuO) que presentaba
superconductividad a 30°K. Este extraordinario descubrimiento impulsó a muchos
investigadores a trabajar con materiales cerámicos similares. Unos meses después la
temperatura crítica fue aumentada a 39°K.
En febrero de 1987 Ching-Wu (Paul) Chu y su equipo de investigación de la
Universidad de Houston anunciaron haber desarrollado un superconductor con una
temperatura de 98°K (Mezcla de óxido de cobre, bario e itrio (YBaCuO). Este
descubrimiento causó un gran impacto en la comunidad científica mundial, pues la
barrera impuesta por la necesidad de utilizar helio líquido había sido traspasada. El
nitrógeno se licúa a 77°K, una temperatura bastante inferior a la temperatura crítica
alcanzada. El nitrógeno líquido es fácil de transportar en termos aislados, es muy
11
barato, abundante y fácil de enfriar a diferencia del proceso con helio líquido es
costoso.
En 1988 el óxido de cobre, calcio, bario y talio (TlBaCaCuO) alcanzó una temperatura
crítica de 125°K. Las investigaciones efectuadas en el laboratorio de la Escuela
Superior de Física y Química Industrial de París en mayo de 1993, trabajando con
películas de óxido mixto de cobre, calcio, bario y mercurio (HgBaCaCuO) lograron una
temperatura crítica de 133°K. Este mismo equipo logró en diciembre de 1993 una
temperatura crítica de 250°K a partir de un compuesto de bismuto, estroncio, calcio y
óxido de cobre (BiSrCaCuO).
Los compuestos que han originado los sorprendentes adelantos en materia de
superconductividad son todos cupratos de la familia de las perovskitas de cobre, es
decir, cristales constituidos por el apilamiento, en todas las direcciones del espacio, de
octaedros que contienen en su centro un átomo metálico, el cobre, con átomos de
oxígeno en los vértices; los espacios entre los octaedros están ocupados por otro
átomo metálico.
Sin embargo, la carrera de la temperatura crítica aún no ha terminado. Los científicos
sueñan con superconductores a temperatura ambiente, que no necesiten refrigerarse,
la cual está en torno a los 293°K (20°C).
FABRICACIÓN Y FORMAS DE LOS SUPERCONDUCTORES ACTUALES
El desarrollo de los superconductores de alta temperatura es tan reciente, que aún no
han sido adaptados satisfactoriamente a la industria. Por ello la inmensa mayoría de las
aplicaciones comerciales actuales están basadas en los antiguos superconductores.
Actualmente la mayor parte de las aplicaciones de los superconductores a la industria
utilizan su capacidad de conducir corriente sin resistencia. Para que un superconductor
sea práctico debe ser resistente, de gran fiabilidad y fácilmente maleable. Existen dos
grandes tipos de superconductores comerciales: las aleaciones dúctiles y los
compuestos intermetálicos.
Las aleaciones dúctiles comparten con los conductores la ventaja de que son fáciles de
darles la forma de hilos y cables, y de que son relativamente maleables. Los
compuestos intermetálicos con mucho más rígidos y aunque se les puede dar formas
12
en el proceso de fabricación, no son flexibles. Las aleaciones dúctiles superconductoras
son compuestos de niobio y titanio. Los compuestos intermetálicos se sintetizan con
vanadio y galio.
Los superconductores comerciales se suelen fabricar en forma de hilos, de manera que
se puedan hacer bobinados para construir generadores, motores y electroimanes. Estos
materiales tienen temperaturas críticas del orden de 10°K. Pueden generar campos
magnéticos muy potentes y tienen densidades de corriente próximas a los 2.000
amperios por milímetro cuadrado. Estos compuestos comerciales de niobio-titanio o
vanadio-galio cubren la mayor parte de las aplicaciones actuales de la
superconductividad.
Laboratorios y equipos de investigación de universidades de todo el mundo han
orientado sus esfuerzos al estudio de compuestos cerámicos de perovskitas. La
fabricación de estos materiales superconductores cerámicos es relativamente fácil,
pueden sintetizarse en cualquier laboratorio modestamente equipado. El primer paso en
el proceso es mezclar y calentar los ingredientes. Se combinan óxidos de los metales
itrio (Y), bario (Ba) y cobre (Cu) con ácido cítrico y etilen-glicol. La mezcla se calienta
inicialmente a unos 38° Celsius. Posteriormente, la mezcla ya caliente se mete en un
horno, donde se cuece a unos 800°C, con lo que se vaporizan los componentes
líquidos, cristalizando el material restante en forma de polvos negros. El polvo es
comprimido en un horno especial que genera aproximadamente 150 Kg. por cm.2 de
presión. El bloque resultante se enfría gradualmente durante varias horas. Una vez
enfriado, el material se sumerge en un baño de nitrógeno líquido para probar la
superconductividad. Se conecta un medidor de resistencia al material refrigerado para
medir su resistencia eléctrica. Si el medidor no registra resistencia, probablemente se
habrá conseguido superconductividad. Si además el material presenta efecto Meissner,
entonces es un auténtico superconductor.
Después de haber desarrollado y probado los nuevos materiales, los laboratorios están
intentando darles formas útiles. Un bloque amorfo de superconductor no tiene interés
práctico. Para poder diseñar dispositivos útiles, es necesario fabricar el material en
hilos, cintas y otras formas.
13
USOS ACTUALES DE LA SUPERCONDUCTIVIDAD
La ciencia y la medicina se han beneficiado ya de las ventajas aportadas por la
superconductividad para generar campos magnéticos intensos y detectar señales
magnéticas débiles.
Los físicos llevan mucho tiempo utilizando electroimanes superconductores para
generar campos magnéticos de alta intensidad. Estos potentes electroimanes
superconductores se han empleado como parte de un colisionador para acelerar
partículas atómicas a velocidades extremas, para después hacerlas colisionar. El
estudio de los efectos producidos proporciona a los científicos valiosos datos sobre la
naturaleza de las partículas implicadas en la colisión. Un supe acelerador conocido
como SSC (Supercolisionador Superconductor) será 20 veces más potente que el
Tevatrón. Tendrá forma de anillo y será de una longitud de 85 Km. Este supe
acelerador está siendo construido en los U.S.A.
En el laboratorio se utilizan los aisladores magnéticos que sirven para aislar un mineral
u otra sustancia determinada basándose en su densidad y propiedades magnéticas.
Los materiales a aislar se mezclan en un fluido magnético. La mezcla se vierte en un
dispositivo tubular rotatorio, rodeado por una bobina superconductora que genera un
potente campo magnético. Este campo empuja hacia el exterior del fluido, causando
que las partículas más densas se muevan hacia el tubo.
Los SQUID`s (dispositivo superconductor de interferencia cuántica) se utilizan mucho
en prospecciones. Con ellos se pueden medir las propiedades de las ondas
electromagnéticas reflejadas al incidir en la superficie de la Tierra. Gracias a su alta
sensibilidad en la detección de campos magnéticos son también utilizados por los
médicos para hacer magneto encefalogramas.
En medicina la superconductividad es útil para la construcción de equipos de
generación de imágenes. Las máquinas NMR (Resonancia Magnética Nuclear) y MRI
(Imágenes por Resonancia Magnética) son capaces de generar imágenes detalladas
del interior de organismos. Una máquina MRI puede generar, por ejemplo, una imagen
del corazón de un paciente sin tener que hacer disecciones en la piel o introducir
14
sondas en la sangre. La misma técnica puede aplicarse igualmente a otros órganos.
Las máquinas MRI funcionan colocando al paciente en un potente campo magnético
generado por un electroimán superconductor.
Los productos disponibles hoy a partir del uso de materiales superconductores son
dispositivos o componentes muy especializados: censores de campo magnético para
fines didácticos y varillas de nivel para el nitrógeno líquido. No se puede decir que estos
aparatos exciten la imaginación o revolucionen la sociedad; pero son hitos tangibles en
el camino hacia el éxito comercial de los nuevos superconductores.
Ya se están efectuando demostraciones de componentes de uso en comunicaciones
por ondas micrométricas y rastreo militar y todo está a punto para que empiece su
producción. Los cables se van haciendo más largos, cada vez pueden transportar más
corriente y se han construido ya con ellos dispositivos que prueban la viabilidad técnica
de las aplicaciones de potencia.
Los científicos de ArgonneNationalLaboratory en Argonne Illinois, fueron los primeros
investigadores americanos en dar a los nuevos superconductores la forma de un hilo, el
cual tiene un diámetro aproximado de 0.2 mm. Al hace el hilo tan fino se consigue que
los rígidos materiales cerámicos presenten algo de flexibilidad.
Unos investigadores de IBM han ideado un vaporizador de superconductores con el
cual pueden cubrir (pintar) superficies complejas y de gran tamaño. Esta técnica
aumenta la perspectiva de hacer útil, fácil y económicamente, confinamiento magnético,
cableado de computadores y otras aplicaciones. Mediante una técnica industrial
llamada vaporización de plasma, el superconductor puede se rápidamente calentado a
miles de grados Celsius y depositado en una superficie cualquiera, en la que
posteriormente se re solidifica. Después de la formación de la capa la superficie es
recocida, obteniéndose un recubrimiento que se hace superconductor al refrigerarse.
15
Artículo 2- Carlos Holmes Montoya t.
LA SUPERCONDUCTIVIDAD
Los materiales superconductores tienen la misma característica de los materiales
conductores, pero sin resistividad eléctrica.
Al no tener resistividad los materiales conductores actuales, pueden ser utilizados para
la informática.
Al eliminar el calor que se disipa en los conductores, debido a la Ley de Joule
permitiendo integrar muchos transistores en una misma pastilla o chip, ayuda a
conseguir altos rendimientos y velocidad en los equipos utilizados en la informática.
Un físico Holandés llamado Heike Kamerlingh Omes, descubrió la superconductividad
en 1911, gracias a sus experimentos donde disminuía la temperatura de los metales
descubriendo que el mercurio perdía toda su resistencia eléctrica cuando lo enfriaban a
cuatro grados Kelvin. Igualmente lo hizo con varios metales enfriándolos a cero grados,
a través del sumergimiento de estos en helio líquido, lo que ocasionaba que se volviera
en superconductores.
En uno de sus experimentos, durante un año dejó una pastilla superconductora a baja
temperatura por el sumergimiento en helio líquido y conectado a una fuente eléctrica.
Cuando desconectó la fuente eléctrica, la pastilla superconductora continuó cargada
eléctricamente sin disminuirse.
Este descubrimiento no ha tenido mayores avances en el tiempo, por el costo tan alto
que es bajar la temperatura de un superconductor con helio líquido y como tal es difícil
sustituir los conductores actuales con superconductores.
Sin embargo algunos científicos han continuado con los experimentos, haciendo
aleaciones de superconductores y subiendo la temperatura critica, como ocurrió en
1932 que lograron subirla a 10 grados Kelvin y luego en 1969 la duplicaron a 20 grados
Kelvin, debido a que licuaban el hidrogeno a esta temperatura y utilizaban otro agente
refrigerador.
16
En 1986 subieron la temperatura critica a 30 grados Kelvin en un complejo material
nuevo de cerámica que se volvía en superconductor, experimento que realizaron los
investigadores Alex Muller y Georg Bednorz de IBM. Esto sirvió para que más
científicos utilizaran materiales cerámicos similares en sus investigaciones, hasta que
lograron incrementar la temperatura crítica a 39 grados Kelvin.
Luego en 1987 Paul Ching-Wu Chu y su equipo de investigadores de la Universidad de
Houston, crearon un superconductor que trabajaba a una temperatura de 98 grados
Kelvin.
Actualmente han desarrollado superconductores con aleaciones de Itrio, Bario, entre
otros, que trabajan a temperaturas superiores de los 230 grados Kelvin. Pero la idea es
que no necesiten refrigerarse y puedan trabajar a temperatura ambiente alrededor de
los 293 grados Kelvin.
El problema actual de los superconductores es que no se pueden masificar en el
mercado para la fabricación de cables, anillos y otras formas, debido a que no pueden
conducir altas corrientes eléctricas, ni generar campos eléctricos. Sin embargo existe la
esperanza que estos problemas se solucionen.
Hay varias teorías sobre los fenómenos de los materiales superconductores a
determinadas temperaturas bajas, como es la teoría BCS y la teoría RVB del enlace de
valencia resonante.
En 1957 fueron galardonados con el premio nobel, los investigadores John Barden,
Leon Cooper y John Robert Schrieffer, por la teoría BCS que publicaron sobre el
funcionamiento de los superconductores a temperaturas cercanas a los cero grados,
ocasionando que los átomos disminuyeran sus movimientos notablemente.
Además esta teoría afirma que los electrones que fluyen en superconductores, se
agrupan en pares llamados “Pares de Cooper” que se originan de los Phonones, que
son partículas asociadas a las vibraciones de la red cristalina.
Los Phonones al moverse van abriendo camino a otros más, evitando que colisionen
con otras partículas, gracias a una especie de pegamento que van dejando en la estela
de su recorrido en la red cristalina.
Esta teoría dice que al aumentar la temperatura en un superconductor, los átomos
aumentan sus vibraciones en toda la red cristalina, hasta que se separan los pares
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electrones (Par de Cooper), interrumpiendo la estela por donde transitarían más
Phonones, por lo que se pierde la superconductividad del material.
Esto significa que la vibración y la temperatura tienen una relación directamente
proporcional en la red cristalina, hasta que la temperatura llega a cero desaparecen las
vibraciones.
Sin embargo la teoría BSC se ha quedado corta en la explicación porque los nuevos
materiales tienen superconductividad a temperaturas críticas mayores a cero absoluto.
Por lo que las teorías actuales han atribuido el emparejamiento de los electrones a un
mecanismo más fuerte que el Phonon de la teoría BCS, llamado Excitión que puede
seguir funcionando a temperaturas más altas.
La otra teoría RVB se ha centrado en la repulsión de los electrones que tienen la misma
carga y como tal van dejando su camino a través de la red.
Sin embargo estas teorías no se consideran como una explicación ampliamente
aceptada del porque a alta temperatura se produce superconductividad.
El efecto Meissner es cuando un material superconductor se vuelve en un material
diamagnético perfecto y en su interior este campo magnético se anula completamente.
El experimento fue poner un semiconductor por debajo de su temperatura crítica en
medio de un campo magnético por lo que encontraron que este campo lo rodea sin
penetrar el semiconductor. A este fenómeno llamó Efecto Meissner descubierto en 1956
por Walter Meissner y Robert Ochienfeld.
Se puede poner un objeto entre el imán y el superconductor, sin alterar el campo
magnético, debido que todas sus líneas magnéticas se curvan hacia el exterior del
material, por lo que el imán induce corriente en el material superconductor, generando
una fuerza magnética opuesta a la del imán que provoca la repulsión de los dos
materiales, por lo que ocasiona la levitación del imán sobre un material superconductor
a baja temperatura. Pero si el campo magnético es muy intenso el superconductor
vuelve a su estado normal, incluso estando a una temperatura inferior a su temperatura
critica.
18
SUPERCONDUCTIVIDAD
Poseen las mismas características de los materiales conductores que existen en la
actualidad y además eliminan las características negativas de los materiales
conductores como la resistividad eléctrica que tienen.
Eliminando la resistividad de los materiales conductores que existen en la actualidad
conseguimos avances importantes como por ejemplo en el campo de la informática.
HISTORIA Y EVOLUCION DE LA SUPERCONDUCTIVIDAD
Fue descubierta en 1911 por un físico Holandés llamado Heike Kamerlingh Onnes.
Trabajando en sus experimentos descubrió que el mercurio perdía toda su resistencia al
flujo de electricidad cuando se enfriaba una temperatura de aproximadamente 4°kelvin.
Un día Onnes hizo pasar corriente por un superconductor al que le había dado forma de
anillo y lo mantuvo refrigerado en helio líquido, un año después fue retirado de la fuente
de electricidad del superconductor la corriente seguía fluyendo en el sin haber
disminuido.
A pesar de la gran importancia que se dio a este efecto no se desarrolló ninguna
aplicación útil hasta unas décadas más tarde.
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QUE ES LA SUPERCONDUCTIVIDAD
En 1957 tres investigadores J. Bardeen, L Cooper y J.R. Schrieffer publicaron una
teoría que trataba de explicar cómo funcionan los superconductores, esta teoría recibió
el nombre de Teoría BCS 1957 y sus tres investigadores fueron galardonados con el
premio Nobel por su trabajo.
Se intenta explicar su teoría a temperaturas próximas a 0° absolutos.
Cuando los materiales se refrigeran a estas temperaturas el movimiento de sus átomos
se reduce dramáticamente.
Esta teoría afirma que los electrones que fluyen a través de un superconductor se
agrupan en pares llamados Pares de cooper, estos pares electrónicos se producen
debido a los Folones.
A medida que sube la temperatura del material superconductor aumentan las
vibraciones de los átomos que se traducen en vibraciones cada vez mayores de la red
cristalina.
EFECTO MEISSNER
Un material superconductor se convierte en un material diamagnético perfecto de modo
que el campo magnético en su interior se anula completamente.
Si un superconductor se reflejara por debajo de su temperatura crítica en función de un
campo magnético el campo rodea al superconductor pero no penetra en él, este
fenómeno se conoce con el nombre de efecto Meissner y fue descubierto en 1933 por
walte meissner y Rober también se conoce este efecto con el nombre de meissner
ochember.
20
TIPOS
Tipo I: que son metales puros tales como el plomo o el estaño, estos repelen el campo
magnético hasta que alcanza una determinada intensidad o campo crítico y es distinto
para cada superconductor. Cuando el superconductor alcanza su estado crítico regresa
a su estado normal perdiendo sus propiedades.
Tipo II: se comportan de una forma ligeramente distinta. Estos superconductores son
más complejos a menudo aleaciones de materiales de transición, en ellos existe un
segundo campo crítico más intenso que el primero.
Los materiales de preferencia son del tipo II.
CARACTERISTICA FISICA
Una de las principales características de un superconductor es su densidad de
corriente, el paso de una corriente intensa a través de un superconductor también
puede hacer que este pierda sus propiedades.
La densidad de corriente se mide en amperios por unidad de área.
EFECTO JOSEPHSON
En 1962 se abrió una nueva rama de gran interés para la superconductividad cuando
un estudiante de doctorado demostró la existencia y características específicas del
efecto que podían producirse entre dos materiales superconductores separados por un
aislante.
En tal dispositivo llamado JOSEPHSON los flujos de electrones incluso con cualquier
diferencia externa de tensión pueden pasar de un material a otro esquivando el
obstáculo aislante en cuyo seno provocan una reacción magnética de muy alta
sensibilidad.
APLICACIÓN EN LA INFORMATICA
Las uniones JOSEPHSON disipan solo la milésima parte de la potencia que disipa un
transistor convencional, estas características permiten el desarrollo de instrumentos
electrónicos, ordenadores y sistemas de comunicación.
21
OTRAS APLICACIONES
La mayoría de las aplicaciones actuales de la superconductividad se da en la ciencia y
medicina, históricamente la ciencia ha sido la primera en aprovechar la tecnología de
superconductores, los dispositivos desarrollados han dado avances importantes.
Los físicos llevan mucho tiempo utilizando electroimanes superconductores para
generar campos magnéticos de alta intensidad.
En la medicina es importante en la construcción de equipos de generación de
imágenes.
Actualmente los trenes hacen uso de la superconductividad, son trenes más rápidos
porque flotan sobre un colchón magnético de unos diez centímetros eliminando las
ruedas, la velocidad no está limitada por la fricción.
Aplicación en la defensa, los militares orientan sus investigaciones hacia distintos
aspectos de conductividad, como por ejemplo lanzadores de misiles.
Articulo 3 - Robinson Arley Montoya Vega.
SUPERCONDUCTIVIDAD
Se denomina superconductividad a la capacidad intrínseca que poseen ciertos
materiales para conducir corriente eléctrica sin resistencia ni pérdida de energía en
determinadas condiciones. Fue descubierto por el físico neerlandés Heike Kamerlingh
Onnes el 8 de abril de 1911 en Leiden.
La superconductividad podría aplicarse en infinidad de artículos tecnológicos, pero por
ahora debido a lo costoso y elaborado de su obtención (se necesitan bajas
temperaturas y materiales muy especiales para obtener la superconductividad) se
reserva solo para los casos más importantes en los que el gasto está justificado
Los superconductores se aplican principalmente en aquellos casos en los cuales se
debe minimizar la perdida de energía por calor de Joule (el calor que hace calentar los
circuitos por la resistencia óhmica),este fenómeno se da especialmente en los
bobinados grandes (por ejemplo los de los aceleradores de partículas) , en efecto un
22
bobinado con una gran intensidad de campo magnético debe tener una intensidad de
corriente que produce una emisión de calor enorme si se usa cobre, lo cual desgasta y
encarece el uso de dicho aparato.
23
Articulo 1 –Sergio Martinez
LA NANOCIENCIA Y LA NANOTECNOLOGÍA
Centran su interés en el estudio de los fenómenos y la manipulación de los materiales a
escala atómica, molecular y macromolecular, donde las propiedades difieren
considerablemente de las observadas en escalas superiores. Su ámbito se extiende a
lo largo de todo el espectro de la ciencia, abrazando campos como la Medicina, la
Física, la Ingeniería o la Química. Por sus aplicaciones, estas disciplinas constituyen
uno de los motores más importantes de la nueva industria y de la sociedad del
conocimiento.
Se espera que de estas disciplinas surjan innovaciones científico-tecnológicas que
darán respuesta a muchos problemas a los que la sociedad actual hace frente, en
ámbitos como la medicina, las tecnologías de la información y de la comunicación, la
producción y el almacenaje de energía, los avances en nuevos materiales, la
fabricación a escala nanométrica, el desarrollo de nuevos instrumentos para solucionar
problemas científicos, la tecnología de los alimentos, las tecnologías del agua y del
medio ambiente, y las mejoras en la seguridad.
ORIGEN
La nanotecnología y nano ciencia existen porque hace medio siglo que los cuánticos
tiraron por tierra los conceptos de la física clásica y crearon la física cuántica, donde los
átomos fueron desnudados hasta entender el funcionamiento del núcleo de los
electrones y los fotones. De esta manera descubrimos, que ellos son los responsables
principales, donde todo comienza en términos de energía, dando lugar a la creación de
una vida que no se puede ver a simple vista, en principio. La idea de utilizar estructuras
atómicas construyendo átomos sobre átomos comenzó con el Dr. Richard Feynman en
el año de 1952, cuando anticipó conceptos que hoy son realidad en las actividades
nano tecnológicas.
El nombre Nanotecnología fue atribuido en el año de 1974 por el Prof. NorioTaniguchi
de la Universidad de Ciencias de Tokio, en un artículo publicado con el siguiente
24
título: "Nanotecnología consiste en el procedimiento de separación, consolidación y
deformación de materiales átomo por átomo o molécula por molécula". Durante ese año
de 1974 la nanotecnología comenzó a crecer con fuerza y condujo a los científicos más
optimistas a trabajar con empeño en distintos temas. La idea de que en algún sentido
se podría tocar los átomos y las moléculas, surgió en la década del 80, cuando
estudiosos apoyados por la teoría propuesta por el Dr. K. Eric Drexler, consiguieron
manipular los átomos y las moléculas. Esto causó una gran controversia de opiniones
en la época y dio hasta motivos para que la justicia intervenga por el temor de que sea
usado con intenciones bélicas o ilícitas.
Los finlandeses dieron su gran colaboración a esta nueva ciencia cuando consiguieron
realizar un "proceso de camadas atómicas". Este trabajo hizo que toda la comunidad
científica terminase por aceptar e instaurar definitivamente la nanotecnología como una
ciencia del futuro. Desde entonces el nombre Nanotecnología, viene siendo utilizado
para caracterizar los nuevos avances tecnológicos desenvueltos por la nano ciencia,
que tiene por principio, controlar y manipular la materia en una escala menor que un
micrómetro, es decir, a nivel de átomos y moléculas.
La nano ciencia y la nanotecnología, abren un abanico de innumerables posibilidades,
para el crecimiento de las áreas tecnológicas, científicas y económicas de cualquier
país que quiera crecer.
NANOTECNOLOGÍA Y MEDICINA
"En el futuro habrá aparatos capaces de reorganizar los átomos y colocarlos en su
lugar". Con estas palabras preconizaba la revolución que ha supuesto la aplicación de
los conocimientos y las tecnologías del nano cosmos a la medicina. Hoy por hoy, la
nano medicina es ya una realidad que está produciendo avances en el diagnóstico, la
prevención y el tratamiento de las enfermedades.
CÁPSULAS QUE NAVEGAN POR LA SANGRE
El matrimonio entre medicina y nanotecnología se está convirtiendo en una pesadilla
para el cáncer. El combate de la enfermedad a escala molecular permite detectar
precozmente la enfermedad, identificar y atacar de forma más específica a las células
25
cancerígenas. Por eso, el Instituto Nacional del Cáncer de Estados Unidos (NCI) ha
puesto en marcha la "Alianza para la nanotecnología en el cáncer", un plan que incluye
el desarrollo y creación de instrumentos en miniatura para la detección precoz.
En la administración de medicamentos, las nuevas técnicas son ya un hecho. "Los nano
sistemas de liberación de fármacos actúan como transportadores de fármacos a través
del organismo, aportando a estos una mayor estabilidad frente a la degradación, y
facilitando su difusión a través de las barreras biológicas y, por lo tanto el acceso a las
células diana", explica María José Alonso, investigadora de la Universidad de Santiago
de Compostela, que trabaja en esta línea desde 1987. En el tratamiento del cáncer,
asegura, "estos nano sistemas facilitan el acceso a las células tumorales y reducen la
acumulación del fármaco en las células sanas y, por tanto, reducen los efectos tóxicos
de los antitumorales".
Desde Estados Unidos, el nano tecnólogo James Baker ha desarrollado otra alternativa
basada en unas moléculas artificiales conocidas como dendrímeros. Se trata de
estructuras tridimensionales ramificadas que pueden diseñarse a escala nanométrica
con extraordinaria precisión. Los dendrímeros cuentan con varios extremos libres, en
los que se pueden acoplar y ser transportadas moléculas de distinta naturaleza, desde
agentes terapéuticos hasta moléculas fluorescentes. En su estudio, Baker aplicó una
poderosa medicina contra el cáncer, metotrexato, a algunas ramas del dendrímero. En
otras, incorporó agentes fluorescentes, así como ácido fólico o folato, una vitamina
necesaria para el funcionamiento celular. "Es como un caballo de Troya. Las moléculas
del folato en la nano partícula se aferran a los receptores de las membranas celulares y
éstas piensan que están recibiendo la vitamina. Al permitir que el folato traspase la
membrana, la célula también recibe el fármaco que la envenena", señaló el
investigador.
Las enfermedades infecciosas son otro de los grandes objetivos de la medicina actual.
Por eso, la profesora Alonso y su equipo han desarrollado también nano partículas
que permiten administrar, en forma de simples gotas nasales, algunas vacunas que
26
hasta ahora debían inyectarse. Su eficacia ha sido demostrada, hasta el momento, para
las vacunas anti-tetánica y anti-diftérica. "Recientemente, hemos propuesto estas
tecnologías al concurso de ideas promovido por la Fundación Bill & Melinda Gates para
resolver los grandes problemas de salud del tercer mundo", añade la investigadora.
"Nuestra idea para administrar de esta forma la vacuna de la Hepatitis B fue una de las
seleccionadas de un total de 1.500 presentadas".
No menos importante es la batalla que en estos momentos se libra en todo el mundo
contra la diabetes, y en la que la nanotecnología tiene mucho que decir. Las nano
partículas desarrolladas por Alonso y su equipo están siendo utilizadas en experimentos
en la clínica para estudiar su uso como vehículos para administrar insulina por vía oral,
nasal o pulmonar. Por su parte, la doctora TejalDesai, profesora de bioingeniería en
Boston, ha creado un dispositivo que puede ser inyectado en el torrente sanguíneo y
actuar como páncreas artificial, liberando insulina. La técnica desarrollada por esta
investigadora consiste en encapsular células que producen la insulina en contenedores
con paredes con nano poros, que por su tamaño sólo pueden ser atravesados por
moléculas como el oxígeno, la glucosa o la insulina. De esta forma, las paredes de la
cápsula impiden que estas células productoras de insulina sean reconocidas como
extrañas por los anticuerpos, mientras que los poros permiten la liberación de la insulina
y la entrada de nutrientes, como azúcares y nutrientes. La innovadora técnica tiene
potencial para la cura de otras enfermedades tales como la enfermedad de Parkinson,
por medio de la liberación de dopamina en el cerebro, o el Alzheimer.
Articulo 2 - Diego f mayorquin
NANOTECNOLOGIA Y NANOCIENCIA
En pocos años la enfermedad del cáncer, posiblemente no será tan fatal, el médico
dará un puñado de capsulas llenas de millones de sensores, cada uno programado
27
para buscar y matar las células del cáncer en el cuerpo. Después de media docena de
dosis, los tumores habrán desparecido, sin haber alterado la rutina del paciente,
Es la tecnología de lo invisible, hablamos del reino de lo diminuto, de lo más pequeño,
del tamaño de unos cuantos átomos puestos al servicio de la vida, es decir, de la
nanotecnología, una revolución tecnológica que se espera, permitir luchar contra las
enfermedades, resguardarnos del envejecimiento, de eliminar la contaminación del
ambiente, aumentar la reserva mundial de alimentos, almacenar energía, o construir
todo tipo de cosas, desde computadoras, hasta automóviles.
La nanotecnología, pues, podemos decir que es el mundo de lo infinitamente pequeño,
en el mundo donde caben todas las posibilidades, y más allá de la ciencia ficción,
vamos a tratar en este trabajo de explicar un poco de que se trata el mundo de la
nanotecnología y lo que con ella se relaciona; nano medicina, nano alimentos, nano
robots, nano maquinas, etc.
La nanotecnología es capaz de manipular átomos, para construir estructuras,
herramientas, y maquinas de dimensiones inferiores de varios nanómetros. Para que se
imaginen un nanómetro es 75 mil veces pequeño que el ancho de un cabello humano,
esto es una millonésima parte de un milímetro.
1 nanómetro es igual a 1 millonésima de milímetro
La palabra "nanotecnología" es usada extensivamente para definir las ciencias y
técnicas que se aplican a un nivel de nano escala, esto es unas medidas
extremadamente pequeñas "nanos" que permiten trabajar y manipular las estructuras
moleculares y sus átomos. En síntesis nos llevaría a la posibilidad de fabricar
materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas. El desarrollo
de esta disciplina se produce a partir de las propuestas de Richard Feynman.
DEFINICION
Nanotecnología , se ha definido como un conjunto de tecnologías basadas en las
ciencias primarias, como; química, física, biología, matemática, que utiliza o aplica
conceptos para desarrollar materiales, estructurar materiales, modificar materiales,
modificar estructuras, en el orden de uno a cien nanómetros,
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“La nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación
de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano
escala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano escala”.
Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas,
muestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, científicos utilizan la
nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos
con propiedades únicas
Los científicos estiman que los resultados se podrán observar hasta dentro 10 a 15
años, simultáneamente se investiga en ciencia básica, mejor conocida como “nano
ciencia”. Hay efectos muy interesantes que suceden en estos tamaños.
El termino nanotecnología, es pues, un prefijo, estamos hablando de un nanómetro,
cuando hablamos de un nanómetro, estamos pensando que si tomamos un milímetro y
lo partimos en un millón de pedacitos, cada uno de esos pedacitos es un nanómetro.
Cuando el hombre es capaz de visualizar a esa escala con los nuevos desarrollos
tecnológicos, como los microscopios de barrido o los de tonelamiento, entonces, el
hombre puede empezar a pensar, la posibilidad de diseñar sistemas a esa escala,
porque ya puede manipularlos a nivel atómico, entonces en ese instante, se desarrolla
toda una nueva tecnología, y a eso es lo que nosotros llamamos nanotecnología
realmente.
HISTORIA
Esta posibilidad fue planteada en 1959 en los discursos dados por el famoso físico y
ganador del Premio Nobel en Física; Richard Feynman, pero hacía falta algo para
lograrlo, poder observar átomos en el microscopio y por ende manipularlos.
Fue en 1982, cuando se descubrió el microscopio de tonelaje, con el que se visualizan
átomos como entidades independientes. Este gran invento, permite ver y manipular
átomos para construir dispositivos.
Otro visionario fue el ingeniero norteamericano Erick Drexler en la época de los 80,
quien aporto en la creación de nano maquinas echas de átomos y capaces de construir
por sí mismas otros componentes moleculares.
Con el comienzo del siglo XX, la ciencia comienza a darle utilidad a toda la materia,
pues está compuesta por partículas diminutas llamadas átomos.
29
Ahora se han desarrollado una serie de herramientas, que tienen la precisión de
trabajar en la nano escala, y hay diversas técnicas para producir nano estructuras.
AREAS DE APLICACIÓN
A nivel mundial hay un fuerte uso de sistemas en nano partículas que son aplicados en
textiles en pinturas, en catálisis, pero también se están aplicando nano estructuras en
forma de capa de película delgada, que son utilizados para optimizar propiedades de
materiales base desde el punto de vista de su dureza, pasando por sus propiedades
ópticas, eléctricas. La mayor aplicación actual de la nanotecnología es en nano
estructuras tipo película y nano partículas.
En las entidades universitarias dedicadas a nano ciencia y nanotecnología, se llevan a
cabo muchas y diferentes investigaciones, como por ejemplo; El Instituto de Física
(México); realiza estudios de catalizadores, para el control de la contaminación
ambiental, así como simulación de nano estructuras, a través de dinámica molecular
para describir y predecir propiedades ópticas, eléctricas, magnéticas, de luminiscencia y
soluminiscencia en nano estructuras.
En el Centro de Ciencias de la Materia Condensada (California); se estudian las
propiedades de los transportes de electrones, con énfasis en una propiedad llamada
Spin, que tiene importancia en el arreglo de puntos cuánticos, y también se realizan
estudios de materiales nano estructurados para incrementar el efecto catalítico.
La aplicación de nano partículas repelentes de agua y aceite, permitió a los
investigadores del Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada (México), permitió
crear una pintura anti grafiti,
También se desarrollan nano catalizadores para el tratamiento de hidrocarburos y otras
sustancias para obtener combustibles limpios y de alta calidad.
Se investiga la posibilidad de crear celdas fotovoltaicas con nano materiales, en
particular; una celda solar flexible. También se sintetizan nano partículas compuestas
semiconductoras, en forma de emulsión y película delgada, en aplicaciones foto
catalítica y foto electrolítica, para la producción de hidrogeno.
30
Se estudian también, las propiedades de los materiales nano estructurados para
mitigar la corrosión, la teoría de fenómenos de superficie y su relación con las
propiedades ópticas de los sólidos, aspectos fundamentales de transporte en sistemas
manoscopios.
El concreto de construcción civil (Cemento Portland) es una de las Nano partículas más
antiguas usadas ampliamente, pero solamente durante el desarrollo de la
Nanotecnología fue descubierto que la dureza y la resistencia del concreto son
resultado de la auto organización de las mano partículas.
En medicina, como llevar capsular para llevar medicamentos a ciertos lugares,
utilizando estas nano partículas en procesos de micro maquinas que sirvan para hacer
cirugía sin hacer grandes aberturas sobre la piel humana y el tejido y llevando
dispositivos que permita controlar sangrado y todas estas cosas, entonces el limite nos
lo vamos poniendo a medida que encontramos que hay que hacer un nuevo desarrollo
tecnológico, para hacer una manejo a una escala cada más pequeña.
Articulo 3 - Robinson Arley Montoya Vega.
31
Articulo 1 - Sergio Martinez
LA TECNOLOGÍA AMBIENTAL
Tecnología verde o tecnología limpia es la aplicación de una o más de las ciencias
ambientales, química verde, la vigilancia del medio ambiente y de los dispositivos
electrónicos para monitorear, modelar y conservar el medio ambiente y los recursos
naturales, y para frenar los efectos negativos de la intervención humana. El término
también se utiliza para describir las tecnologías de generación de energía sostenible
como la fotovoltaica, turbinas de viento, biorreactores, etc. El desarrollo sostenible es el
núcleo de las tecnologías ambientales. Las tecnologías ambientales a largo plazo
también se utilizan para describir una clase de dispositivos electrónicos que pueden
promover la gestión sostenible de los recursos.
EJEMPLOS
Biofiltración
Biorreactor
Tecnología de la Biosfera
Biorremediación
Desalinización
Máquina eléctrica de doble alimentación
Conservación de la energía
Módulos de ahorro de energía
Los vehículos eléctricos
Energía de las olas
Green computing
Hidroelectricidad
La energía eólica
Turbina de viento
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De células de combustible de hidrógeno
Conversión de energía térmica oceánica
La energía solar
Fotovoltaica
Despolimerización térmica
Compostaje WC
RECICLAJE
LA ENERGÍA RENOVABLE
La energía renovable es la energía que se puede llenar fácilmente. Durante años
hemos estado utilizando fuentes como la madera, el sol, el agua, etc. de medios para
producir energía. La energía que puede ser producida por objetos naturales como la
madera, el sol, el viento, etc. se considera que es renovable.
PURIFICACIÓN DEL AGUA
Purificación del agua: La idea/concepto de tener tierra/gérmenes/contaminación del
agua que fluye libremente en todo el entorno. Muchos otros fenómenos conducen a
partir de este concepto de purificación de agua. La contaminación del agua es el
principal enemigo de este concepto, y varias campañas y activistas se han organizado
en todo el mundo para ayudar a purificar el agua.
PURIFICACIÓN DE AIRE
Depuración del aire: las plantas verdes básicos y comunes que se puede cultivar en el
interior para mantener el aire fresco, porque todas las plantas eliminan CO2 y lo
convierten en oxígeno. Los mejores ejemplos son: Dypsislutescens, Sansevieria
trifasciata y Epipremnumaureum.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamiento de aguas residuales es conceptualmente similar a la purificación del agua.
Tratamientos de aguas negras son muy importantes, ya que purifican el agua por los
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niveles de su contaminación. El agua más contaminado que no sirve para nada, y el
agua menos contaminada se suministra a los lugares donde se utiliza agua affluently.
Todo ello puede conducir a varios otros conceptos de protección del medio ambiente, la
sostenibilidad, etc.
REMEDIACIÓN AMBIENTAL
Remediación ambiental es la eliminación de contaminantes o contaminantes para la
protección general del medio ambiente. Esto se logra por diversos químicos, biológicos,
y el movimiento mayor.
GESTIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS
Gestión de residuos sólidos es la purificación, el consumo, la reutilización, eliminación y
tratamiento de residuos sólidos que se emprende por el gobierno o las fuerzas vivas de
una ciudad/pueblo.
EGAIN PRONÓSTICO
EGain predicción es un método que utiliza la tecnología de predicción para predecir el
impacto futuro del tiempo en un edificio. Al ajustar el calor basado en el pronóstico del
tiempo, el sistema elimina el uso redundante de calor, lo que reduce el consumo
energético y la emisión de gases de efecto invernadero.
CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA
La conservación de energía es la utilización de dispositivos que requieren cantidades
más pequeñas de energía con el fin de reducir el consumo de electricidad. Reducir el
uso de energía eléctrica provoca menos combustibles fósiles que se queman para
proporcionar la electricidad.
Energía alternativa y limpia
Principios:
Verde sindicalismo
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Sostenibilidad
Diseño sostenible
Ingeniería sostenible
Los científicos continúan la búsqueda de alternativas de energía limpia a nuestros
métodos actuales de producción de energía. Algunas tecnologías, como la digestión
anaeróbica producen energía renovable a partir de materiales de desecho. La reducción
global de gases de efecto invernadero depende de la adopción de tecnologías de
conservación de energía a nivel industrial, así como la generación de energía limpia.
Esto incluye el uso de gasolina sin plomo, la energía solar y vehículos de combustible
alternativo, incluyendo plug-in de vehículos híbridos eléctricos e híbridos.
Puesto que el uso industrial de la energía representa el 51% de todo el mundo el uso de
la mejora de la eficiencia energética de energía en este campo es una prioridad para las
empresas de tecnología medioambiental en todo el mundo. Eficiente de la energía
eléctrica avanzada tecnología de motor que son rentables para fomentar su aplicación,
tales como la sin escobillas de rotor bobinado doblemente alimentado máquina eléctrica
y el módulo de ahorro de energía, puede reducir la cantidad de dióxido de carbono y
dióxido de azufre que de otro modo sería introducido a la atmósfera, si la electricidad se
genera con combustibles fósiles. Greasestock es un evento que se celebra anualmente
en Yorktown Heights, Nueva York, que es uno de los mayores exponentes de la
tecnología del medio ambiente en los Estados Unidos.
EDUCACIÓN
Cursos dirigidos a desarrollar los graduados con habilidades específicas en los
sistemas ambientales o tecnología ambiental son cada vez más común y se dividen en
tres clases tías:
Cursos de Sistemas Ambientales orientados hacia un enfoque de ingeniería civil en la
que las estructuras y el paisaje son construidos para mezclarse con o proteger el medio
ambiente Ingeniería Ambiental o;
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Química ambiental, química sostenible o cursos de ingeniería química ambiental
orientada hacia la comprensión de los efectos de las sustancias químicas en el medio
ambiente. Estos premios pueden centrarse en los procesos mineros, contaminantes y
comúnmente cubrir también los procesos bioquímicos;
Cursos de tecnología ambiental orientada hacia la producción de graduados
electrónicos, eléctricos o electrotecnia capaces de desarrollar dispositivos y artefactos
capaces de monitorear, medir, el modelo y el impacto ambiental de control, incluyendo
el control y la gestión de la generación de energía a partir de fuentes renovables y el
desarrollo de nuevas tecnologías de generación de energía.
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Articulo 1 - Carlos Sanchez
ENERGIAS RENOVABLES-ENERGIA SOLAR
El milagro del sol desato en los hombres primitivos el primer sentimiento religioso
descarto la curiosidad por el movimiento de los astros. Una muestra de aquella
reverencia religiosa son las labras interpretadas como las representaciones solares.
El sol fue una referencia decisiva en la organización de la vida del hombre al convertirse
en la medida universal del tiempo. Durante muchos siglos los relojes de sol y de sombra
fueron los primeros y más duraderos instrumentos de medición del tiempo.
Los romanos han utilizado la energía solar no solo para producir calor sino que también
que la luz que ejercía sobre las varillas para datar fechas como los calendarios, espejos
parabólicos, para vaporizar el agua.
D. ANTONIO LUQUE – Catedrático de telecomunicaciones. Madrid
La energía solar es una fuente de energía virtualmente inagotable, con la energía solar
podemos producir varias decenas de la electricidad que consumimos hoy.
El problema de la energía solar es que su flujo de energía es bajo y eso que la
obtención sea costosa.
Con el efecto fotovoltaico se puede lograr para este siglo que se consuma más de esta
energía.
APROVECHAMIENTO PASIVO
Los campesinos son los que más usan el aprovechamiento pasivo de la energía solar
en el crecimiento de las plantas y en la maduración de los frutos. El más intento eficaz
de la energía solar son los invernaderos.
APROVECHAMIENTO ACTIVO
Aprovechamiento activo para la conversión térmica para la transformación de energía
en calor se emplean tres tipos de sistemas de baja, media, alta temperatura.
D. JULIO ARTIGAS
Jefe departamento Solar IDEA
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Existen diferentes tecnologías en el aprovechamiento de la energía solar, pero la
tecnología más utilizada es el empleo de placas plásticas para el calentamiento de
agua. La aplicación que está más extendida actualmente es el calentamiento de agua
de uso sanitario, que se combina con el calentamiento de piscinas. Los usuarios típicos
son el sector residencial.
DR MANUEL BLANCO
Director plataforma Solar Almería
Almería es un centro de investigación de desarrollo y de demostración tecnológica en el
campo solar y sirve para producir energías en altas cantidades.
El ejemplo más sencillo es el de una vivienda unifamiliar ocupada por cuatro personas
cuya aplicación es el uso de agua caliente sanitaria.
EFECTO FOTOVOLTAICO
Fue empleado en 1955 por primera vez para abastecer un repetidor de señal desde
entonces su uso se ha extendido.
PABLO GARCIA
Responsable operación y mantenimiento
Comenzó como un proyecto y después de cinco años se convirtió en una planta de
acumulación de energía es decir que toda la energía recibida por los paneles instalada
en la red es capaz de abastecer a unas 2000 personas.
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Articulo 1- Diego f Mayorquin
NANO MATERIALES
Con la denominación “nano materiales” se conocen las estructuras creadas por la
investigación nano tecnológica, cuyo tamaño oscila entre 1 y 100 nm 11. A tal escala, la
materia adopta propiedades muy diferentes de las que exhibe a gran escala: los nano
materiales serán más fuertes, más ligeros, mejores conductores de la electricidad, más
porosos, menos corrosivos. Aún siendo de naturaleza inorgánica, los nano materiales
acumulan un potencial extraordinario para resolver desafíos como detectar cambios
eléctricos en moléculas biológicas, los cuales se canalizan hacia el descubrimiento y/o
tratamiento de una enfermedad.
En general, la nanotecnología puede ser vista como una serie de “herramientas,
dispositivos y materiales inteligentes o máquinas” que aunados a otros instrumentos
(microscopio de fuerza atómica, microscopio de exploración por tunelización, software
de modelado molecular) permiten la visualización y/o manipulación de nano elementos
como células, bacterias, virus y moléculas. Los nano fármacos podrían acarrear genes
y agentes antivirales y antibacterianos hasta el interior de las células, tornando más
eficaces los tratamientos de las enfermedades. Las nano partículas (1–100 nm)
aventajan a las micro partículas (actualmente en uso) por ofrecer mayor superficie para
el mismo volumen, atravesar poros más pequeños y ser más solubles (biodifusibles).
Además, ciertas nano estructuras pueden ser dirigidas para que atraigan células o
microorganismos, o bien se unan específicamente con determinados compuestos o
moléculas y liberen su carga útil.
NANOTECNOLOGÍA
La nanotecnología trabaja en procesos científicos sobre tamaños de un nanómetro, o lo
que es lo mismo, en tamaños mil veces más pequeños que un cabello humano, lo que
le permite trabajar con átomos, moléculas y células. La nanotecnología se inserta
directamente en el campo del diseño, lo que quiere decir, que conforman y sintetizan
materiales a través del control de la materia a nano escala para construir nano
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partículas que tengan diferentes utilidades a las de la materia original. La
nanotecnología aprovecha los nuevos fenómenos físicos relacionados con los efectos
cuánticos que se presentan a esa escala de manipulación de la materia. La
nanotecnología es una nueva tecnología convergente, lo que quiere decir que puede
ser relacionada con otros tipos de conocimientos, lo que estimula a que aumente la
potencialidad de sus aplicaciones.
Las propiedades electrónicas, magnéticas, ópticas o mecánicas de las nano partículas
son muy sensibles a su tamaño y se pueden modificar variando la forma y dimensiones
del compuesto. Por este motivo las nano partículas resultan muy atractivas para fabricar
dispositivos electrónicos y están destinados a tener un papel estelar en las nuevas
tecnologías del siglo XXI [3]. Este es el principio de toda esta revolución llamada
nanotecnología, y aunque el premio Nobel de Física 1965 Richard Feynman planteó
una idea sobre la manipulación de la materia a escala manométrica en su famosa
conferencia llamada En el fondo hay espacio de sobra, tuvo problemas ya que en esa
época no tenia los recursos tecnológicos para hacerlo, a pesar de ello, su idea quedó y
por ello se lo llama el padre de la nanotecnología.
NANOCIENCIA
La nano ciencia es distinta a las otras ciencias porque aquellas propiedades que no se
pueden ver a escala macroscópica adquieren importancia, como por ejemplo
propiedades de mecánica cuántica y termodinámicas. En vez de estudiar materiales en
su conjunto, los científicos investigan con átomos y moléculas individuales. Al aprender
más sobre las propiedades de una molécula, es posible unirlas de forma muy bien
definida para crear nuevos materiales con nuevas e increíbles características [4]. Ahora
bien, con el concepto anterior claro podemos definir que las nano ciencias se enfocan
en el estudio de las propiedades de los átomos y moléculas, tanto propiedades físicas,
biológicas y químicas de las nano partículas, además de la forma de producirlos y la
manera de ensamblarlos con el fin de poder crear los nano-objetos.
PRODUCCION DE NANOMATERIALES
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La producción de nuevos nano materiales se puede llevar a cabo mediante dos
estrategias diametralmente opuestas, por un lado, técnicas descendentes o “top-down”
(reducción del tamaño de materiales másicos hasta límites nanométricos), y por otro,
técnicas ascendentes o “bottom-up” (síntesis de nano materiales mediante unidades de
construcción más pequeñas). Centrándonos en las técnicas ascendentes, el uso de
unidades de construcción de tamaño nanométrico permite la preparación de sólidos
organizados a varias escalas con gran precisión
Tres técnicas de construcción de nano materiales.
a) Utilización de plantillas (que inducen la formación del sólido a su alrededor y que
mantienen su forma original durante la síntesis.
b) Auto ensamblaje de componentes individuales en estructuras supra moleculares en
torno a las cuales crece el sólido.
c) Mediante el uso de moldes es posible preparar sólidos que replican sus huecos
mediante el crecimiento restringido en el espacio.
La organización del sólido se consigue mediante el control preciso de las interacciones
existentes entre los bloques de construcción, recurriéndose al auto ensamblaje de
dichos bloques para formar estructuras más complejas.
CLASIFICACIÓN
Nano partículas. Se clasifican en orgánicas o inorgánicas: Entre las inorgánicas por
ejemplo, el dióxido de titanio, puede utilizarse para proteger los alimentos, o las nano
partículas de plata, que pueden ser utilizadas como agentes antimicrobianos en
materiales en contacto con los alimentos. Las nano partículas orgánicas se pueden
utilizar para mejorar el valor nutritivo de los alimentos, como vehículo para la liberación
de vitaminas y otros nutrientes (también llamadas nano cápsulas).
Nano fibras. Se caracterizan por tener un diámetro de unos 5 nm y longitudes
superiores a 15 µm. En el sector agroalimentario se pueden utilizar como agentes
espesantes.
Nano emulsiones. Se pueden utilizar como vehículo de algunos componentes de
alimentos funcionales, para estabilizar ingredientes o para aumentar la viscosidad.
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Nano arcillas. Se pueden utilizar en botellas de plástico, cartones y films para el
envasado de alimentos, como barreras frente a diversos gases como el oxígeno y el
CO2.
Dendimetros. Estos nano materiales tienen la características de ser polímeros
construidos a partir de unidades ramificadas.
Basados en metal. Son aquellos nano materiales que incluyen puntos cuánticos, nano
partículas de oro y plata, y óxidos metálicos como el dióxido de titanio.
Basados en carbono. Son los que están formados por un gran porcentaje de carbono,
en ellos podemos encontrar las siguientes Subdivisiones.
Fullerenos: Son alotropías estables del Carbono, formados por anillos hexagonales y
pentagonales. Sus campos de aplicación ciencias de los materiales, aplicaciones
biológicas, etc.
Grafíenos: Son capas muy delgadas de grafito, son excelentes conductores eléctricos.
Nanotubos de Carbono: Son moléculas tubulares de diámetro manométrico; son muy
utilizados en la electrónica.
Nano cebollas: No han sido objeto de numerosos estudios por lo que se tiene
información limitada sobre ellos.
IDENTIFICACIÓN DE NANO MATERIALES
Materiales Nano estructurados
Una fracción de material comúnmente posee en su interior moléculas organizadas en
granos de dimensiones por lo general de micrómetros y milímetros de diámetro, estos
granos están constituidos habitualmente con poblaciones de miles de millones de
átomos. Una misma fracción de material nano estructurado, posee poblaciones
granulares inferiores a un par de miles de átomos y en donde los granos moleculares
alcanzan un tamaño máximo de 100 nanómetros de diámetro. Entonces, los materiales
nano estructurados poseen el 0.001 por ciento de átomos en comparación con un
material común de igual volumen, además los granos nano estructurados son entre mil
y cien veces más pequeños que los del material original. Todo esto conlleva a una
mayor ligereza de peso y ahorro de materia, además de las nuevas características que
adquieren y que potencian enormemente el material.
42
Aplicaciones
Cerámicas nano estructuradas, imanes permanentes de alta temperatura para motores
de aviones; materiales ferro magnéticos, almacenamiento de información, refrigeración;
catalizadores basados en hidrógeno; materiales para almacenamiento de hidrógeno;
sensores y actuadores.
Nano partículas y Nano polvos
Las Nano partículas tienen unidades más grandes que las de los átomos y las
moléculas, cuando menos una dimensión menos de los 100nm, obviamente estas nano
partículas son creadas artificialmente en los laboratorios. Además otra de sus
particularidades es que poseen características propias, es decir que no obedecen a la
química cuántica, ni a las leyes de la física clásica.
En la actualidad el estudio de las nano partículas es un área de intensa investigación
científica, debido a una extensa variedad de potenciales aplicaciones. Entre los campos
más prometedores están los campos biomédicos, electrónicos y ópticos. Aunque por lo
general las nano partículas están sirviendo para el perfeccionamiento e innovación de
materiales ya existentes, existen también en el campo de la biomedicina nano
partículas que han demostrado ser capaces de eliminar tumores y además de que éstas
son biodegradables y orgánicas.
Aplicaciones.
En la Biomedicina, sirve para la liberación de fármacos, tratamientos contra el cáncer.
En la Ingeniería como sensores químicos, vidrios autolimpiables, tintas magnéticas y
conductoras. Para el tratamiento de aguas con procesos foto catalíticos, sirve para
recubrimientos textiles repelentes de agua y suciedad. En el área de la electrónica para
crear memorias de alta densidad, pantallas con dispositivos de emisión basados en
óxidos conductores.
Nano cápsulas
La mayor aplicación de las nano cápsulas está sin duda en el campo de la medicina, ya
sea para combatir enfermedades o ayudar con la liberación de fármacos en puntos
específicos dentro del cuerpo humano. Además el desarrollo de las nano cápsulas se
enfoca en intervenir las mismas para que se acumulen en un punto deseado, la
principal vía para lograr este objetivo es posiblemente modificar las propiedades físico-
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químicas de las nano cápsulas. La investigación acerca de las nano cápsulas
aspira solucionar los problemas que aparecen, como son los efectos secundarios de los
fármacos además de complicaciones en el tratamiento de la enfermedad.
Aplicaciones
Liberación de fármacos, industria de la alimentación, cosméticos, tratamiento de aguas
residuales, componentes de adhesivos, aditivos aromáticos en tejidos, fluidos
magnéticos
Nanotubos de Carbono
Tal vez uno de los nano materiales más interesantes y con mayor potencial de
aplicación sean los nanotubos. Son estructuras cilíndricas con diámetro nanométrico.
Aunque pueden ser de distinto material, los más conocidos son los de silicio pero
principalmente, los de carbono ya que unas de las principales características de este
último son su gran conductividad, y sus propiedades térmicas y mecánicas. Existen
diferentes tipos de estructuras para formar un nanotubo, siendo la estructura, la
influencia principal que decida las características finales como lo son las eléctrica,
térmicas o mecánicas del nanotubo.
Propiedades de los nanotubos de Carbono
Propiedades eléctricas
Al tener en cuenta la complejidad electrónica de los nanotubos, además de las reglas
cuánticas que rigen la conductividad, la conducción en los nanotubos de carbono se
transforma a un tipo de conducción cuántica, en ocasiones los nanotubos incluso
pueden presentar superconductividad. Normalmente en un dispositivo común si se
representa voltaje frente a intensidad de corriente se obtiene una línea recta, o sea,
V=IR, cosa diferente sucede con los nanotubos de carbono y la conducción cuántica
que muestra no es directamente proporcional, sino que ahora su gráfica presenta una
línea escalonada ya que la conductividad de los nanotubos es 3 órdenes de magnitud
mayor que la de los materiales actualmente usados (respecto al cobre que es el
material más usado). Su conductividad depende de relaciones geométricas, o sea, del
número de capas, su torsión o diámetro. Otro aspecto importante a resaltar es que
estos valores además de la resistencia del nanotubo no dependen de su longitud, a
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diferencia de lo que ocurre con los cables normales en donde su resistencia es
directamente proporcional a su longitud.
Propiedades mecánicas
Actualmente es la fibra más resistente que se puede fabricar, esta capacidad se debe a
la estabilidad y robustez de los enlaces entre los átomos de carbono. Ahora bien, al
hablar de deformación también este nano material posee grandes ventajas ya que
frente a esfuerzos de deformación muy intensos son capaces de hacerlo enormemente
y de mantenerse en un régimen elástico. Esta última característica también se puede
mejorar al hacer que varios tubos se unan como una cuerda, de este modo al romperse
un nanotubo, la fractura no se propagaría a los demás nanotubos ya que son
independientes. En general, ante pequeños esfuerzos los nanotubos pueden funcionar
como resortes extremadamente firmes o pueden deformarse drásticamente y volver
posteriormente a su forma original frente a cargas mayores. En general es común
aceptar que los nanotubos son 100 veces más resistentes que el acero, y 6 veces más
ligeros.
Propiedades térmicas
Son enormemente estables térmicamente, tanto para valores en el vacío como para
mediciones en el aire, estas mediciones están referenciadas a valores estándar
utilizados para la medición de materiales de cualquier tipo. Además, las propiedades de
los nanotubos pueden modificarse atrapando metales o inclusive gases en su interior.
Aplicaciones
Polímeros conductores, cerámicas altamente tenaces, apantallamientos
electromagnéticos, componentes para membranas y células solares, nano-osciladores
en orden de giga-Hertz, puntas nanoscópicas, músculos artificiales.
Materiales Nano porosos.
Los materiales nano porosos vendrían a ser como esponjas pero con poros
nanométricos, materiales en donde los poros ocupan una gran fracción de su volumen
total y presentan una significativa cantidad de superficie por gramo.
Un material tan poroso en un área lo tan pequeña posible sirve para, por un lado,
porque muchas reacciones ocurren más rápido sobre determinadas superficies, y por
otro, porque podemos rellenar los poros con lo que queramos: polímeros, metales o
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diferentes tipos de moléculas lo que lleva a descubrir peculiares comportamientos del
material. Esta posibilidad de combinación de materiales abre las puertas a una variedad
asombrosa de aplicaciones.
Aplicaciones
Catalizadores para reducir la emisión de contaminantes, aislantes, en aplicaciones
medioambientales como purificación de aguas, eliminación de contaminantes,
atrapadas y eliminación de metales pesados, células solares orgánicas, supe
condensadores para almacenar energía, almacenamiento de gases.
Nano fibras
Una nano fibra es una fibra con diámetro menor a 500 nanómetros. Cuando los átomos
de carbono se unen para construir un diamante lo hacen mediante cuatro enlaces
covalentes y forman una rígida red tridimensional que le confiere a la preciada gema su
proverbial dureza. Cuando se unen para construir grafito, los átomos de carbono lo
hacen a través de tres enlaces covalentes situados en un plano; la estructura sigue
siendo muy resistente en este plano pero es débil en dirección perpendicular. Una
forma de aprovechar esta resistencia es orientar estos planos de forma que las
direcciones de máximo esfuerzo estén contenidas en ellos. Basta imaginar un mil hojas
y tirar en la dirección paralela a las hojas en vez de hacerlo en dirección perpendicular.
Arrollando estas hojas, como si fueran las de un cigarro puro, se pueden obtener fibras
de carbono muy resistentes.
Desde hace tiempo se han venido produciendo fibras de carbono con este material, la
cuales se utilizan para fabricar implementos deportivos como palos de golf, cañas de
pescar, para elaborar ciertas partes de bólidos de fórmula uno o incluso para diferentes
partes aviones de combate.
Otra aplicación es la de protección contra bacterias, los agentes que componen la nano
fibra absorben los elementos dañinos desconocidos y los descomponen por medios
químicos, pero el problema radica en que se hace difícil desechar los agentes tóxicos
producidos.
Aplicaciones.
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Filtros, tejidos, cosméticos, esterilización, separaciones biológicas, ingeniería de tejidos,
biosensores, órganos artificiales, implantes, liberación controlada de fármacos [12].
Purificar el agua obteniendo la energía para hacerlo por medio de la luz del sol.
Nano hilos
Un nano hilo es un cable con un diámetro del orden de un nanómetro. Los nano hilos
pueden ser definidos como estructuras que tienen un tamaño lateral restringido a diez o
menos nanómetros por lo general, aunque científicos turcos en la Universidad Bilkent
de Ankara están logrando crear nano hilos de 15 nanómetros de diámetro y de una
longitud libre.
Los nano hilos debido a su relación longitud–ancho han sido considerados como
materiales unidimensionales, por lo que presentan llamativas propiedades que no se
han visto en materiales de 3 dimensiones, ya que en estos nano hilos no se producen
efectos físicos cuánticos en los bordes. Por ello también se los llama hilos cuánticos.
Existen varios tipos de nano hilos, hilos metálicos semiconductores y aisladores, estos
dependen del elemento con que se los produzca que puede variar desde el níquel a
oro, platino, titanio o silicio... Los electrones, que transmiten la corriente, necesitan
cierta cantidad de átomos juntos para transmitirse de forma fluida; cuando la anchura
de su 'carretera' es menor, su movimiento se ve obstaculizado por los átomos del borde
del material y se ralentiza [5]. Esto lleva a pensar que se obtendrán grandes
velocidades de transmisión.
Aplicaciones
Tiene gran potencial para ser aplicados en electrónica, dispositivos opto electrónicos,
así como a dispositivos nanoenectromecanicos.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS NANOMATERIALES
Aplicaciones útiles en el medio ambiente
Membranas mejoradas en porosidad, morfología y superficie para el tratamiento
de agua.
Nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2 y nanotubos de carbono actuando con
contaminantes (orgánicos e inorgánicos) en agua con fines de absorción y
agregación.
Muro biológica mente activo de nanotubos de carbón.
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Uso de dióxido de titanio en la purificación de agua y aire.
Empleo de hierro a nano escala para absorción y destrucción de contaminantes
orgánicos en agua.
Uso de nanotubos de carbón para remover plomo en agua, y ensayos respecto a
otros metales.
DIVERSAS PREOCUPACIONES
Toxicidades de partículas y fibras provenientes de nano materiales.
El ciclo de vida de los nano materiales.
El destino de material contaminante por absorción desde el agua.
Biodegradabilidad y persistencia de nano materiales basados en polímeros.
Relanzamiento de nano materiales tóxicos al ambiente.
La efectividad de los métodos de remoción de nano materiales tóxicos del
ambiente.
Uso mal intencionado de los nano materiales.
Articulo 2 - Sergio Martinez
NANOMATERIALES
Son materiales con propiedades morfológicas más pequeñas que una décima de
Micrómetro A pesar del hecho de que no hay consenso sobre el tamaño mínimo o
máximo de un nanomaterial, algunos autores restringen su tamaño de 1 a 100 nm, una
definición lógica situaría la nanoescala entre la microescala (1 micrómetro) y la escala
atómica/molecular (alrededor de 0.2 nanómetros).
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CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Un aspecto singular de los nanomateriales es que presentan una superficie muy
elevada respecto a su volumen, lo que se traduce en una mayor reactividad para su
aplicación en campos como adsorción o catálisis. Otra ventaja significativa de los
nanomateriales reside en la capacidad de modificar sus propiedades fundamentales
(tales como magnetización, propiedades ópticas, temperatura de fusión, etc.) respecto a
los materiales a escala micro o macroscópicas.
Algunas de estas propiedades se relacionan directamente con las interacciones
superficiales entre nanopartículas (dureza o temperatura de fusión) pero las
propiedades electrónicas están controladas por los denominados "efectos de
confinamiento cuántico". Este efecto no entran en juego al pasar de micro a macro
dimensiones. Sin embargo, se convierte en dominante cuando el rango de tamaño
nanómetro es alcanzado. La nanomecánica estudia las propiedades mecánicas de
estos materiales. Su actividad catalítica revela nuevas propiedades en la interacción
con los biomateriales.
LA NANOTECNOLOGÍA
Puede ser pensada como extensiones de las disciplinas tradicionales hacia la
consideración explícita de estas propiedades. Además, las disciplinas tradicionales
pueden ser re-interpretarse como aplicaciones específicas de la nanotecnología. Esta
dinámica de reciprocidad de ideas y conceptos contribuye a la comprensión moderna
del campo. En términos generales, la nanotecnología es la síntesis y aplicación de las
ideas de la ciencia y la ingeniería hacia la comprensión y producción de nuevos
materiales y dispositivos. Estos productos suelen hacer uso copioso de las propiedades
físicas asociadas a pequeña escala.
Materiales reducidos a nanoescala pueden repentinamente mostrar propiedades muy
diferentes en comparación con las que presentan en una exposición a macroescala, lo
que permite aplicaciones únicas. Por ejemplo, sustancias opacas llegan a ser
transparente (cobre); materiales inertes se conviertan en catalizadores (platino); sólidos
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se convierten en líquidos a temperatura ambiente (oro); aislantes se convierten en
conductores (silicio). Materiales como el oro, que es químicamente inerte a las escalas
normales, puede servir como un potente químico catalizador en nanoescalas. Gran
parte de la fascinación con la nanotecnología se deriva de estos singulares cuántica y
los fenómenos de superficie que en cuestión exhibe la nanoescala.
Nanométricas partículas de polvo (a unos cuantos nanómetros de diámetro, también
llamadas nanopartículas) son potencialmente importantes en cerámica, metalurgia de
polvos, el logro de nanoporosidad uniforme y aplicaciones similares. La fuerte tendencia
de las pequeñas partículas para formar macizos ( "aglomerados") es un grave problema
tecnológico que impide dichas solicitudes. Sin embargo, algunos dispersantes como
citrato amónico (acuosa) y imidazoline o oleyl alcohol (no acuoso) son prometedores
para los aditivos deaglomeración.
PREOCUPACIONES RELACIONADAS CON EL TAMAÑO
Otra preocupación es que el volumen de un objeto sufre decrementos en un orden igual
a la tercera potencia de sus dimensiones lineales, pero el área de su superficie solo
sufre un decremento igual a la segunda potencia. Este principio tan sutil como inevitable
tiene implicaciones de gran importancia. Por ejemplo la potencia de un taladro es
proporcional a su volumen, mientras que la fricción entre sus rodamientos y piñones es
proporcional a su área, para un taladro de tamaño normal, su potencia es suficiente
para vencer sin problemas cualquier fricción.
Sin embargo si reducimos su escala en un factor de 1000, su poder se reduce en una
cantidad proporcional a <math>1000^3</math> (un factor del orden de miles de
millones), mientras que la fricción se reduce "únicamente" en un factor de
<math>1000^2</math> (equivalente a un millón). Este taladro microscópico tiene una
potencia por unidad de fricción 1000 veces menor a la del taladro original. Si la
proporción original entre fricción y potencia era de 1% significa que el taladro pequeño
tendrá dicha proporción en una escala de 10 a 1 (fricción y potencia), por lo tanto el
taladro es inutil.
50
Es por ello que, mientras que en las superpotencias en miniatura, circuitos electrónicos
integrados se pueden hacer funcionar, la misma tecnología no puede utilizarse para
hacer funcional los dispositivos mecánicos en miniatura: la fricción supera la potencia
disponible a escalas tan pequeñas. Así, mientras se puede ver microfotografías de
silicio delicadamente grabada, la utilización de dichos dispositivos se encuentra con
curiosidades limitado el mundo real, por ejemplo en el movimiento espejos y persianas.
Aumenta la tensión superficial de la misma manera, causando que muy pequeños
objetos tiendan a estar pegados.
Esto podría hacer cualquier tipo de "micro fábrica" poco práctica: aunque brazos
robóticos y las manos podría ser reducido, cualquier cosa a recoger tenderán a ser
imposible de poner. Lo anterior se dice, evolución molecular se ha traducido en trabajo
cilios, flagelos, las fibras musculares, y los motores rotativos en ambientes acuosos,
todos en la nanoescala. Estas máquinas, sin embargo, aprovechar el aumento de las
fuerzas de rozamiento encontrados en micro o nanoescala.
A diferencia de un remo, remo o hélice, la mecánica de los cuales están dominados por
las fuerzas de rozamiento normal (las fuerzas de rozamiento perpendicular a la
superficie) para la propulsión, cilios, etc, desarrollar el movimiento resultante de la
exagerada arrastre o laminar las fuerzas (las fuerzas de fricción paralelas a la
superficie) presentes en las microempresas y las dimensiones nanométricas. Para
desarrollar "máquinas" significativas en nanoescala, las fuerzas deben ser
consideradas. Nos enfrentamos con el desarrollo y diseño de nanomáquinas en lugar
de la simple reproducción de macroscópicas. Todas estas cuestiones han escalado a
tener en cuenta al evaluar cualquier tipo de nanotecnología.
MATERIALES UTILIZADOS EN NANOTECNOLOGÍA
Materiales a que se refiere como "nanomateriales" en general se dividen en dos
categorías: fullerenos, y nanopartículas inorgánicas.
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Buckminsterfullereno (Buckminsterfullerene) C60, también conocida como la buckyball,
es el miembro más pequeño de la familia de los fullerenos. Los fullerenos son una clase
de alótropos de carbono los cuales son conceptualmente hojas de grafito enrolladas en
tubos o esferas. Estos incluyen los nanotubos de carbono que son de interés debido a
su resistencia mecánica y sus propiedades eléctricas.
Durante los últimos diez años, las propiedades químicas y físicas de los fullerenos han
sido un tema candente en el ámbito de la investigación y el desarrollo, y es probable
que sigan siendo durante mucho tiempo. En abril de 2003, fullerenos fueron objeto de
estudio para su posible uso medicinal: vinculante antibióticos específicos a la estructura
para orientar las bacterias resistentes, e incluso algunas objetivo las células del cáncer
como el melanoma. En octubre de 2005 número de Química y Biología contiene un
artículo que describe el uso de fullerenos como luz activados los agentes
antimicrobianos. En el campo de la nanotecnología, resistencia al calor y la
superconductividad son algunas de las más estudiadas en gran medida las
propiedades.
Un método común utilizado para producir fullerenos es enviar una gran corriente entre
dos electrodos de grafito cerca en una atmósfera inerte. El resultado de carbono arco
de plasma entre los electrodos se enfría en los residuos de hollín que muchos
fullerenos pueden ser aislados. Hay muchos cálculos que se han realizado utilizando
ab-initio Quantum métodos aplicados a fullerenos. De DFT y TDDFT métodos se puede
obtener IR, Raman y UV espectros. Los resultados de dichos cálculos se pueden
comparar con los resultados experimentales.
NANOPARTÍCULAS
Las nanopartículas o nanocristales de los metales, semiconductores, óxidos, son de
interés para sus mecánicos, eléctricos, magnéticos, ópticos, químicos y otras
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propiedades. . Las nanopartículas se han utilizado como puntos cuánticos y como
catalizadores químicos.
Las nanopartículas son de gran interés científico ya que son efectivamente un puente
entre materiales a granel y de la Energía Atómica o estructuras moleculares. Un
material a granel debe tener propiedades físicas constantes, independientemente de su
tamaño, pero a escala nanométrica, con este no suele ser el caso. Tamaño dependen
de las propiedades se observan como confinamiento cuántico en semiconductores
partículas, resonancia de plasmones superficiales en algunas partículas metálicas y
Superparamagnetismo en materiales magnéticos.
Las nanopartículas presentan una serie de propiedades especiales en relación con el
material a granel. Por ejemplo, la flexión de grueso del cobre (alambre, cinta, etc) se
produce con el movimiento de los átomos de cobre / agrupaciones más o menos en la
escala de 50 nm. Las nanopartículas de Cobre de menos de 50 nm se consideran super
materiales duros que no muestren la misma maleabilidad y ductilidad a granel como el
cobre macroscópico. El cambio en las propiedades no es siempre deseable. Materiales
ferroeléctricos de menos de 10 nm puede cambiar su dirección magnetización
temperatura ambiente utilizando energía térmica, con lo que son inútiles para la
memoria de almacenamiento.
Suspensiones de las nanopartículas son posibles debido a la interacción de las
partículas superficiales con el disolvente es lo suficientemente fuerte como para superar
las diferencias en la densidad, que suele dar lugar a un hundimiento, ya sea material o
flotando en un líquido. Las nanopartículas tienen a menudo inesperadas propiedades
visibles porque son lo suficientemente pequeños para limitar sus electrones y producir
efectos cuánticos. Por ejemplo el oro nanopartículas aparecen de color rojo profundo a
negro en la solución.
Las nanopartículas tienen una gran superficie proporción al volumen. Esto proporciona
una enorme fuerza impulsora para la difusión, especialmente a temperaturas elevadas.
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Aglomerados puede tener lugar a temperaturas más bajas, a lo largo de escalas de
tiempo más corto que para las partículas más grandes. Esta teoría no afecta a la
densidad del producto final, a pesar de las dificultades de flujo y la tendencia de las
nanopartículas de aglomerado de complicaciones. La superficie efectos de las
nanopartículas también reduce la incipiente temperatura de fusión.
Articulo 3 - Robinson Arley Montoya Vega.
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CONCLUSIONES
1- Existe una vasta información respecto de los temas propuestos en la guía y
existen muchas, pero muchas más áreas de aplicación de los semiconductores,
la nanotecnología, nanociencia, etc. Lo anterior nos lleva a concluir acerca de la
gran cantidad de desarrollos que están en camino de ponerse al servicio de la
humanidad, esperamos que sea para el bien de la misma y no para lo contrario
como ha ocurrido en algunos pasajes de su historia.
2- Se encuentran muchos artículos científicos o de aplicación de la tecnología
reconocidos sobre los últimos desarrollos respecto de la misma, pero,
regularmente para acceder a ellos, se debe cancelar algún valor monetario, lo
que crea una barrera para realizar este tipo de interesantes ejercicios.
3- A pesar de toda la información que existe, encontrar lo que se busca, entenderlo
y clasificarlo demanda un gran trabajo, dedicación y esfuerzo.
4- Al hacer una comparación entre la producción de artículos, revistas y libros
reconocidos y relacionados al mundo científico y de la tecnología, se puede
dimensionar en algo la distancia tan abismal que se presenta en estos campos
entre los países sub-desarrollados y los desarrollados.