Nanotecnologia aplicada textiles
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Nanotecnologia aplicada textiles Nanotecnologia aplicada textiles Presentation Transcript

  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANONANOTECNOLOGIA APLICADA A LOS TEXTILES PRESENTA: EDITH CAICEDO DAZA ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA TEXTIL , INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL- MÉXICO- Medellín, Agosto de 2009 1
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO La Nanotecnologia ha sido bautizada como: “La segunda revolución industrial en el siglo XXI” Es una ciencia que tendrá un gran impacto en la sociedad y en el modo de ver y sentir todo lo que nos rodea y sobre todo en el ámbito de los textiles viene a refrescar, a introducir un nuevo concepto de producir y de consumir los materiales que se desarrollen bajo estas tendencias tecnológicas.“Hay suficiente espacio en el fondo “ , Richard Feyman ,1959 Medellín, Agosto de 2009 2
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANONanotecnología es una palabra que tiende a intimidarnos. Pero si miramos a nuestro alrededor,la nanotecnología está en todas partes. La mayoría de reacciones biológicas y químicas tienenlugar a nivel nano. Así funciona la naturaleza.Un nanómetro es muy pequeño. Es la billonissima parte de un metro. Un nanómetro es para unmetro lo mismo que un balón con un radio de unos 15 centímetros es para 155000 kilómetros.Estos materiales a esa escala no podemos verlos ,ni siquiera en microscopios convencionales,porque son demasiado pequeños. Para verlos, nos hacen falta herramientas sofisticadas comomicroscopios electrónicos con láser y atómicos. Para ver un pelo o una mosca, solo necesitamos nuestros ojos. Para ver bacteria, nos hacefalta un microscopio. Para ver virus y transistores nos hace falta un microscopio electrónico. Ypara ver nanomateriales necesitamos microscopios atómicos (los llamados "atomic probe"). Medellín, Agosto de 2009 3
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANOQué es la nanociencia? La palabra nanociencia está compuesta de dos palabras: la palabra en latín "Nanus" que quiere decir enano, y la palabra Ciencia. La nanociencia 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.1 milímetro = 1.000.000 nanómetrosBacteria y células son demasiado grandes para nanociencia. Pero un virus, un átomo y una molécula tienen un tamaño nanométrico. A la escala nanométrica, los materiales tienen un comportamiento muy distinto al de propiedades más grandes BUCKY BALLS Medellín, Agosto de 2009 4
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO• Por qué es importante la nanotecnología?La nanotecnología es tan importante porque podría tener el potencial para resolver muchos de los problemas de la humanidad. Si se desarrolla de forma responsable, la nanotecnología podría resolver problemas en los países más pobres del mundo tan importantes como enfermedades, hambre, falta de agua potable y falta de casas.Con ayuda de la nanotecnología, en el futuro se podrán lograr los siguientes beneficios: Fabricar nuevos materiales como ropa que cambia de color, nuevos materiales para la construcción que se auto limpian robots con capacidad de "ver" y "sentir".... Nuevos tecnologías de la información, tales como la computación cuántica y microchips capaces de almacenar trillones de bytes de información en un aparato tan pequeño como la punta de un alfiler Avances médicos, incluyendo la administración de medicinas y la detección y tratamiento de enfermedades como el cáncer. Con la nanotecnología se podrá construir pequeños "naves sanguíneas" que transportan medicinas directamente al tumor de un cáncer para destrozarlo Beneficios para el medioambiente como la purificación de agua, sistemas para controlar la contaminación, nuevas fuentes de energía sostenible y limpia Medellín, Agosto de 2009 5
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO RESEÑA HISTÓRICA SOBRE NANOTECNOLOGIAQUE ES UN NANOTUBO DE CARBÓN?Harry Kroto, Bob Curl, and Rick Smalley descubrieron esferas de carbón puro en 1985. Las llama "Buckyballs" (pelotas de Bucky) en honor a Buckminster Fuller• En 1991 Sumio Iijima descubrió nanotubos de carbón cuando estaba realizando investigaciones con Buckyballs.• Desde entonces se ha investigado mucho para comprender la ciencia detrás de estos nanotubos que solo miden un nanómetro en diámetro.• Los nanotubos de carbón son las fibras más fuertes que se conocen. Un solo nanotubo perfecto es de 10 a 100 veces más fuerte que el acero por peso de unidad y poseen propiedades eléctricas muy interesantes. Medellín, Agosto de 2009 6
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANOAl descubrir Ijima estas estructuras permitió que se tenga conocimiento de una nueva variedad demateriales formados por capas de grafeno plegadas sobre sí mismas y estas dan lugar a estasespecies químicas que se denominan “nanotubos”.Estos nanotubos adquieren propiedades mecánicas que entre 50 y 100 veces superiores a las delacero. Por otro lado si se calientan estas estructuras estos se abren sobre sus extremosquedando solo su superficie lateral que está compuesta por hexágonos y que en el interior delmismo se pueden introducir diversas especies químicas como: sulfuros metálicos, óxidos , gasesdiversos y proteínas. Esta característica abre toda una gama de posibilidades para trabajar conmateriales mediante diferentes procesos.También a través de la asociación de diferentes fullerenos se logran la creación de nuevosmateriales, abriendo el abanico de nanomateriales.FULLERENO: ES UNA FORMA ALOTROPICA DEL CARBONO QUE EN QUÍMICA ES LAPROPIEDAD QUE POSEEN CIERTOS ELEMENTOS QUÍMICOS DE PRESENTARSE BAJOESTRUCTURAS MOLECULARES DIFERENTES. LOS FULERENOS O FULLERENOS SONLA TERCERA FORMA MÁS ESTABLE DEL CARBONO, TRAS EL DIAMANTE Y ELGRAFITO. FUERON DESCUBIERTOS RECIENTEMENTE, Y SE VOLVIERON POPULARES,TANTO POR SU BELLEZA ESTRUCTURAL COMO POR SU VERSATILIDAD PARA LASÍNTESIS DE NUEVOS COMPUESTOS Medellín, Agosto de 2009 7
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO ENFOQUES:• A) Top- down: Reducción de tamaño. Literalmente desde arriba (mayor) hasta abajo (menor). Los mecanismos y las estructuras se miniaturizan a escala nanométrica.• B) Bottom-Up: Auto ensamblado. Literalmente desde abajo (menor) hasta arriba (mayor). Se comienza con una estructura nanométrica como una molécula y mediante un proceso de montaje o auto ensamblado, se crea un mecanismo mayor, extremadamente preciso. de 2009 Medellín, Agosto 8
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO • Eric Drexler en su libro “Engines of creation” anticipó que las nanómaquinas hechas de átomos serian capaces deconstruir ellas mismas otros componentes moleculares. Eric Drexler Medellín, Agosto de 2009 9
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO4 GENERACIONES PARA EL DESARROLLO DE NANOTECNOLOGIA: Mihail (Mike) de los EE.UU. Roco National Nanotechnology Eric Drexler Medellín, Agosto de 2009 10
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO NUEVA CIENCIA: Medellín, Agosto de 2009 11
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO MÉTODOS ACTUALES PARA OBTENER NANOESTRUCTURAS:existe actualmente una serie de métodos para la construcción de estructuras menores a los 100nm,en la que cada una de ellas presenta ventajas y desventajas según su aplicación. Como son:-Método de fotolitografía: Es usada actualmente para la impresión de chips yBiochips, empleados en la industria de circuitos integrados para los sistemas decomputación actual.- Método por sonda exploradora: En este método se utilizan el microscopio deefecto túnel, el microscopio de fuerzas atómicas y el microscopio de sonda debarrido para asir átomos y disponerlos de manera ordena sobre una matrizatómica, o medir las características atómico-moleculares de una superficie en particular . Tambiénse tienen los dispositivos de nanoescala y las interfaces nanobioelectrónicas,que permiten la monitorización y el control de las actividades biológicas de las célulasvivas, y de redes multicelulares in vivo e in vitro, con medios eléctricos, electromecánicos, químicosy ópticos para obtener bioseñales. Medellín, Agosto de 2009 12
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANOAPLICACIÓN A LOS TEXTILES “La Industria Textil anda en pequeñeces. Algunos de los logros más increíbles en telas de última generación están relacionados con los tamaños mínimos: microencapsulados, nanofibras, nanomateriales, nanoelectrónica y una larga lista de miniaturas” FLOR DE LOTO ¿QUE TIENE LA FLOR DE LOTO QUE RESISTE LA SUCIEDAD? Medellín, Agosto de 2009 13
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO TEXTILES MULTIFUNCIONALES:El uso de la nanotecnología está permitiendo potenciar el desarrollo de los textiles multifuncionales. Porejemplo, la tecnología de plasma se está utilizando para modificar las capas superficiales de espesornanométrico aportando propiedades nuevas como antibacteriana, fungicida y repelente al agua. Lananotecnología esta relacionada con el textil en muchos otros campos de aplicación entre los que destacan: Nanopartículas para mejorar el control de la liberación de fragancias, biocidas y antifúngicos sobre tejidos, así como para prevenir el crecimiento de bacterias mediante la liberación de agentes bacteriostáticos o también para la absorción de olores. · Nuevas fibras con una capacidad de absorción de la humedad mejorada, en aquellas fibras que intrínsecamente carecen de esta propiedad (fibras sintéticas) mediante la superposición de un número elevado “nanocapas” capaces de retener la humedad. Para mejorar las opciones “estéticas” como en la obtención de fibras luminiscentes por la de superposión de nanofibras con diferentes índices de refracción, generando una visión diferente en función del punto de vista del observador o del ángulo en que la luz incida sobre la fibra. También se puede emplear la nanotecnología para obtener materiales más ligeros y resistentes mediante el empleo de nanofibras en la hilatura (nanotubos de carbono), con una resistencia 15 veces superior a la de las fibras de aramida actuales Medellín, Agosto de 2009 14
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO NANOMATERIALES:La importancia de los Nanomateriales no sólo está en su tamaño, situado entre laescala macroscópica y la escala atómica, que bien da lugar a propiedades nuevascomo mejora otras ya existentes. Estos materiales tienen además la potencialidadde dar lugar a tecnologías que sustituyan otras ya existentes con costos muyinferiores que se pueden reducir conforme avance el desarrollo tecnológico.En este marco se buscan encontrar:Materiales NanoestructuradosMateriales con NanoparticulasMateriales con NanocapsulasMateriales NanoporososMateriales NanofibrasMateriales NanohilosElectrónica MolecularLáminas delgadas of the C540 structure Michigan EE.UU. Medellín, Agosto de 2009 15
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO NANOADICION:La investigación sobre fibras nanoadictivadas es uno de los campos donde seestán logrando importantes avances en varios países que están insertados enesta tecnología, por ejemplo para Hilaturas de fibras como: Poliéster (PET),Poliamidas (PA6 Y PA6,6), Elastómeros Termoplásticos(TPE),Y fibrasBioactivas.Se le adicionan: Nanoplatas, Nanoarcillas,Nanotubos y Nanofibras decarbono.También el trabajo con fibras bi componentes y fibras huecas está siendo unaforma de producir textiles funcionales y multifuncionales. Caprolactama Cultivo de Nanotubos Medellín, Agosto de 2009 16
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO ELECTROSPINNING- ELECTROHILADOmétodo que se basa en la elongación de un chorro viscoelástico queprocede de una solución de polímero, siendo un proceso continuo; sirvepara obtener hilos atómicos o nanohilos. FUENTE: AITEX, ESPAÑA Medellín, Agosto de 2009 17
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANOEl proceso de electohilado implica el uso de alto voltaje ( 1-30 KV)La fibra que se genera como un chorro altamente electrificado altamente viscosoLa fibra se estira continuamente debido a las repulsiones electrostáticas entrecargas de superficie y evaporación de solvente El electrohilado produce fibras en unrango que va del nanométrico al micrométrico las fibras proveen una gran áreasuperficial debido a su pequeño diámetro.El proceso de manufactura de electrohilado o “electrospinning” fue reportadopor primera vez por Formhals en 1934. Desde entonces, este proceso ha contadocon la atención en muchas investigaciones, reportes, publicaciones y patentes.. Fuente: Centro de Química Aplicada en Coahuila, México. A) Imagen del Microscopio Electrónico de Barrido (SEM). Medellín, Agosto de 2009 18
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO MATERIALES FUNCIONALES ENCAPSULADOS: AMPLIA VARIEDAD DE COMPONENTES FUNCIONALES: INCORPORANDO A LA SOLUCIÓN DE ELECTROSPINNING PARTICULAS DE TITANIO, NEGRO DE ACETILENO, PLATA , OXIDOS DE HIERRO , ENZIMAS , ADN O CUALQUIER OTRA MOLÉCULA PARA ALTERAR LA MORFOLOGIA DE LAS FIBRAS RESULTANTES. Medellín, Agosto de 2009 19
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANOVARIAS TÉCNICAS PARA PREPARACION DE NANOFIBRAS:COMPOSITES INORGANICOS/POLIMEROS Y CERÁMICOSNANOFIBRAS CON ESTRUCTURA NÚCLEO-CAPANANOFIBRAS CON ESTRUCTURAS POROSAS(CATÁLISIS, FILTRACION DE ABSORCIÓN ), CELDAS COMBUSTIBLES, INGENIERIA DE TEJIDOS. Medellín, Agosto de 2009 20
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO APLICACIONES DE LAS NANOFIBRAS: ACCIONES DE REFUERZOS: MEJORAR LA TENSIÓN Y OTROS RENDIMIENTOS DE MATERIALES. MEMBRANAS BASADAS EN NANOFIBRAS Y ROPAS INTELIGENTES. (ALTA RESISTENCIA AL PASO DEL AIRE, BAJA RESISTENCIA AL VAPOR DE AGUA, LIGERAS DE PESO, ELEVADA EFICIENCIA DE FILTRACIÓN) UTILIZACIÓN BIOMÉDICA : INGENIERIA DE TEJIDOS ( MATRIZ NO TEJIDA PARA EL DESARROLLO DE TEJIDOS. Medellín, Agosto de 2009 21
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO  SOPORTES PARA ENZIMAS Y CATALIZADORES: ( MATERIALES CERÁMICOS POR SU PEQUEÑO TAMAÑO Y GRAN AREA DE SUPERFICIE) SENSORES BASADOS EN NANOFIBRAS DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS Y ÓPTICOS PLANTILLAS DE SACRIFICIO ( QUE SIRVEN PARA GENERAR ESTRUCTURAS CON HUECO INTERIOR). Medellín, Agosto de 2009 22
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO  SOPORTES PARA ENZIMAS Y CATALIZADORES: ( MATERIALES CERÁMICOS POR SU PEQUEÑO TAMAÑO Y GRAN AREA DE SUPERFICIE) SENSORES BASADOS EN NANOFIBRAS DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS Y ÓPTICOS PLANTILLAS DE SACRIFICIO ( QUE SIRVEN PARA GENERAR ESTRUCTURAS CON HUECO INTERIOR). Medellín, Agosto de 2009 23
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO CARACTERISTICAS DIFERENCIALES DE LAS NANOFIBRAS SON: LONGITUD EXTREMADAMENTE LARGA HASTA VARIOS KILÓMETROS . ELEVADA ARÉA SUPERFICIAL Y COMPLEJA ESTRUCTURA POROSA. ALINEAMIENTO MOLECULAR, debido a la fuerza de tensión de la fibra de polímero que hace la conformación de la cadena y la cristalinidad de la misma sean diferentes del producto obtenido por otros métodos. Medellín, Agosto de 2009 24
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANOALGUNAS PROPIEDADES PARA TEXTILES: Antimicrobianos: no permiten desarrollar olor a la transpiración· Antiácaros: para alérgicos· Anti-UV: protector solar· Luminiscencia: para seguridad· Reflectancia: permite desarrollar indumentaria que por suspropiedades de camuflaje logra mimetizarse con el medioexterior.· Autolimpiante: impide que penetren las manchas· Microencapsulado: para mantener la temperatura corporal Medellín, Agosto de 2009 25
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANOEL PROYECTO MAS AMBICIOSO DENTRO DEL CAMPO DE LA NANOTECNOLOGIA ES EL QUEDESARROLLA U.S. EN ARDEC ( ARMY ARMAMENT RESEARCH DEVELOPMENT ANENGINEERING CENTER) NJ. COLABORANDO CON OTROS INSTITUTOS CON UNPRESUPUESTO DE UN BILLÓN DE DOLARÉS PARA DOTAR AL EJÉRCITO DE LOS ESTADOSUNIDOS DE LAS MEJORES CAPACIDADES DE MANIOBRA Y ATAQUE EN EL CAMPO DEBATALLA.UNIVERSIDADES: MIT ( una de las instituciones universitarias más reconocidas en este campoy en otras).EMPRESAS DEL SECTOR PRIVADO QUE TIENEN PROYECTOS IMPORTANTES EN ESTECAMPO:oCIBA SPECIALLITY CHEMICALoRAYTHEON ( contratista del pentágono)oDUPONT DE NEUMORS ( Delaware): biomateriales, no tejidos, y polímerosoNANOTECHNOLOGIES,oTRITON SYSTEMoDENDITRICoGORE AND ASSOCIATES, entre otras. Medellín, Agosto de 2009 26
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANOInversiones, iniciativas nacionales y privatización del conocimiento:Las grandes potencias mundiales desarrollan iniciativas nacionales en el áreade la nanotecnología. La iniciativa norteamericana para la nanotecnologíacuenta con un financiamiento de 3700 millones de dólares para tres años apartir del 2005. Solo en el 2004 el gasto en investigaciones fue de 849 millonesde dólares donde alrededor de la mitad fue asignado al departamento dedefensa y de energía. Ya en el 2006 el gasto había crecido a 1780 millones dedólares con similar distribución en estas áreas Japón es el segundo país queestá invirtiendo en iniciativas nanotecnológicas con 975 millones de dólares enel 2006 seguido de cerca por China con 906 millones de dólares. En un reporteestadístico de patentes del 2007 se identificaron las áreas de la salud, laenergía y la electrónica como las de mayor número de aplicaciones de patentesen los últimos años. Medellín, Agosto de 2009 27Fuente: Universidad de la Habana, Cuba
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO PATENTES DE NANOTECNOLOGIA CONCEDIDAS EN 2007 EEUUBRASIL Y MEXICO 10% 0% EUROPATIENEN UN 0.2% DE 20% 43% JAPONPATENTES CHINAOBTENIDAS EN2007 27% BRASIL MEXICO Fuente: Gráfica elaborada por ECD-extraídos archivo de patentes en Nanotecnología -Journal Medellín, Agosto de 2009 28
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANOUn publicitado reporte de la UNESCO advierteque el abismo entre países subdesarrollados ydesarrollados en esta área surgió desde el mismo PATENTES DE NANOTECNOLOGIA (SALUD) EN 2005inicio, determinado por la deuda tecnológica ycientífica del Tercer Mundo respecto a laspotencias hegemónicas y, amenaza con aumentarde manera insalvable en los próximos años. El 40mismo estudio identifica como áreas de mayor 35impacto de la nanotecnología en el Tercer Mundo 30 SUR AMERICAlas mismas señaladas con anterioridad con 25énfasis en la salud, la energía, la alimentación y OCEANIA PORCENTAJE 20el medio ambiente. Otra de las amenazas 15surgidas con las nanotecnología es el cambio de AFRICAlos marcos regulatorios de los países del primer 10mundo, al exigir a los productos que importan 5 NORTEcumplan exigencias técnicas fuera del alcance de 0 AMERICA 1 EUROPAlos países subdesarrollados, levantando barrerasproteccionistas aparentemente técnicas. Esta CONTINENTESrelación se vuelve totalmente asimétrica, pues lospaíses del Tercer Mundo aún cuandoestablecieran marcos regulatorios igualmente FUENTE: JOURNAL OF NANOTECNOLOGY ONLINE 102240/2005exigentes, carecerían de la capacidad técnica ycientífica de implementar tales exigencias Medellín, Agosto de 2009 29
  • II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO FIN …….. ¡GRACIAS POR SU ASISTENCIA! EMAIL: coordinacion16@yahoo.com.mx ecaicedo@ipn.mx Medellín, Agosto de 2009 30