1er conversatorio ciclo a2011 ¿que es la nanotecnologia?
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1er conversatorio ciclo a2011 ¿que es la nanotecnologia?

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Dictado por la Dra. Leticia Mogollon...

Dictado por la Dra. Leticia Mogollon
Día 12/01/ 2011
Lugar Universidad de los Andes Facultad de Ciencia
El Inicio de la Revolucíon Cientifica del Siglo XXI ¨ La Nanotecnología¨

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  • 1. 1er Conversatorio. ¿Qué es la Nanotecnología?DRA. LETICIA REDVNANOMOGOLLÓN. REDVNANO.ESTULA
  • 2. ¿ ? Ese sueño de Feynman era exacto. ‘‘ No hay nada en las leyes de la Física que nos impida hacer con átomos individuales estructuras artificiales como letras. Se puede escribir la Enciclopedia Británica en un punto diminuto. Pero hay mucho más’’ 29 de Diciembre de 1959 En la primera década del siglo 21, se va a unificar la ciencia basado en la unidad de la naturaleza (átomos) y la integración de la tecnología en el nivel de la nanoescala.Richard P. Feynman (1918 –1988), premio Nobel de Física 1965.
  • 3. Escala Física Escala Física en materiales y estructurasElementos Materiales Estructuras Infraestructura Nivel Nano Micro Meso Macro Sistema Escala Molecular Micrones Metro Más de un Km Nanomecánica Micromecánica Mesomecánica Vigas Sistemas de enlace Autoensamblaje Microestructuras Estructuras de Columnas Líneas de Aeroplanos Campos Nanofabricación Materiales interfase de Placas inteligentes compuestos
  • 4. DimensiónAgua Aminoácido Virus Bacteria Neurona Un Punto Balón
  • 5. Dimensión
  • 6. Dimensión.100.000 nm. Pelo humano 100 nm. Virus de la gripe 1,3 nm. Nanotubo de C.4.000 nm. Glóbulo rojo 2,5 nm. Hebra de DNA O,14 nm Grafeno
  • 7. El Carbono: Fullerenos-Nanotubos Además del diamante y del grafito, desde hace una veintena de años se ha sabido producir otras formas del carbono: fullerenos (moléculas de aspecto similar a un balón de fútbol) y nanotubos de carbono (de aspecto similar a un tubo formado por un mallado atómico hexagonal pero de un espesor de unos pocos nanómetros). ¿Por qué son interesantes estas nuevas formas del carbono? En particular, los nanotubos de carbono son diez veces más ligeros que el acero pero diez veces más resistentes a ruptura. Ya existen bicicletas de menos de un kilogramo de peso fabricadas con nanotubos de carbono.
  • 8. El Carbono: Fullerenos-Nanotubos
  • 9. El Carbono- Grafeno (2004-2010).El grafeno no es más que una red bidimensional de átomos de carbono. Suena extraño tener algo bidimensional en un mundo de tres dimensiones, pero realmente lo es, puesto que su espesor es de un único átomo.En Columbia, un grupo de científicos demostró que el grafeno, formado por carbono (como el diamante), es el material más fuerte que existe en nuestro planetaÉste elemento es una cápita átomos de carbono puestos de forma hexagonal, como si fuese un panal de miel. La imagen lo demuestra.Para probar que es el material más fuerte, lo estiraron hasta probar sus limites. Dando como resultado una fortaleza 200 veces mayor que el acero. Llevado a la realidad, sería como un elefante sentado sobre un lápiz para poder romperlo. (Sería una capa fina de grafeno como el grosor de una bolsa de plástico)
  • 10. GrafenoGrafeno
  • 11. ¿Por que hacer las cosas pequeñas? Los objetos a nanoescala tienen propiedades diferentes. Una propiedad es la relación superficie/volumen. Un material rebanado tiene más superficie relativa, y más superficie significa más reactividad, es decir, mayor capacidad de reaccionar con el entorno. La rapidez. Si un electrón debe atravesar un dispositivo para ejecutar cierta operación lógica en un transistor, no es lo mismo que este último mida 200 nm que 50 nm. Mayor capacidad de almacenamiento. Cuanto menor tamaño tenga un bit de información, más memoria tendrán nuestros dispositivos electrónicos o nuestros sistemas de almacenamiento de datos. “Nano” significa entonces: más reactivo, más rápido, más densidad de información. Pero estas propiedades no son únicamente las que se pueden mejorar cuando los materiales tienen dimensiones nanométricas. También se podrán diseñar materiales que poseerán dureza, resistencia mecánica, propiedades ópticas o magnéticas “a la medida”, o materiales capaces de realizar varias funciones.
  • 12. La nanociencia es el estudio del fenómeno y la manipulación de lamateria a escala nanométrica (0.1 a 100 nm), mientras que lananotecnología se trata del diseño, caracterización, producción yaplicación de estructuras, dispositivos y sistemas a través del controldel tamaño y la forma a nanoescala.Un nanómetro es la unidad de longitud que equivale a unamilmillonésima parte de un metro.En esta escala, las propiedades físicas, químicas y/o biológicas de losmateriales, objetos, sistemas, etc., difieren de manera fundamentalde las propiedades de los mismos a tamaño micro/macroscópico,por lo que la investigación y desarrollo de la nanotecnología seorienta a la comprensión y creación de materiales mejorados,dispositivos y sistemas que exploten estas nuevas propiedades.
  • 13. En este sentido, la nanotecnología promete una mejor comprensión dela naturaleza y de la vida misma, en donde el tamaño y la forma sonimportantes. A su vez, la física, la química, la ciencia de los materiales,la simulación computacional y la ingeniería, convergen hacia losmismos principios teóricos y técnicas experimentales, posibilitandoavances tecnológicos extraordinarios por la sinergia interdisciplinaria ylas iniciativas tomadas por varios sectores y países.La convergencia de la ciencia y la ingeniería a nivel nanoescalaestablecerán un patrón para la aplicación y la integración de lananotecnología, que a su vez incorporará la biología, electrónica,medicina, aprendizaje y otros campos (Roco y Bainbridge, 2003).Incluye la fabricación híbrida, ingeniería neuromórfica, órganosartificiales, incremento en la expectativa de vida, mejora en elaprendizaje y capacidades sensoriales. La ciencia y la ingeniería denanobiosistemas llegarán a ser esenciales para el cuidado de la salud yla biotecnología.Se espera que el cerebro y las funciones nerviosas de los sistemas sean medibles con relación a la ingeniería cognitiva.
  • 14. El desarrollo del conocimiento y la educación se originarán anivel nanoescala en vez de la microescala. Un nuevoparadigma de la educación no basado en disciplinas, sino enla unidad de la integración de la naturaleza y de la educación-investigación será puesto a prueba.Los cambios del paradigma de la ciencia y de la educaciónserán por lo menos tan fundamentales como éstos durante la“transición de la micro-escala C&E (ciencia y educación)”originada en 1950, donde el análisis micro-escala y el análisiscientífico fueron estimulados por la carrera para llegar alespacio y la revolución digital.La nueva “transición nano-escala” cambiará la base delanálisis y el lenguaje de la educación estimulada por losproductos de la nanotecnología. Esta nueva “transición” seoriginó en el umbral del tercer milenio.
  • 15. ¿Dónde estamos? Etapa de • Desarrollo de nuevos métodos de construcción del síntesis; nueva instrumentación; nueva conocimiento caracterización; nuevas teorías y básico modelos y nuevos materialesNanociencia • Integración del conocimiento y tecnología para construir dispositivos Etapa de funcionales, robots, sistemas y equipos y Integración herramientas que trabajen a escala nanométricaNanotecnología • Producción de dispositivos a nivel de Etapa de nanoescala; robots; sistemas y equipo a Nanomanufactura nivel masivo
  • 16. ¿Dónde estamos? Química, Física Ciencia de materiales Bioquímica Ingeniera Química Etapa de Nanomateriales Nanomateriales convencionales construcción de moleculares Ingeniería conocimiento Eléctrica básico Ingeniera mecánica Materiales Tecnología de mejorados para información y industrias Etapa de Nanofabricación comunicación mejoradas integración Nanoelectrónica Sistemas de Nanobiotecnológía Nuevas ingenieríaherramientas para industrias existentes Etapa de Biología MolecularNuevos mercados; Nanomanufactura BiotecnologíaNuevos trabajos y Ingeniera industrialNuevas Industrias Sistemas biológicos Negocios
  • 17. ANTES AHORA
  • 18. Materiales nanoporosos. Membranas con control de poro a nivel atómico, catalizadores como reductores de emisión de contaminantes, catalizadores como elementos de auto-diagnóstico y auto-reparación en materiales, aislantes, aplicaciones medioambientales para reducción de emisiones, purificación de aguas, eliminación de contaminantes, atrapado y eliminación de metales pesados, producción de nanopartículas estructuradas, células solares orgánicas, supercondensadores para almacenamiento de energía, almacenamiento de gases (hidrógeno, metano, acetileno), ingeniería de tejidos para aplicaciones médicas, liberación controlada de fármacos, bioimplantes.
  • 19. Materiales Nanoporosos. Arcilla natural Suspensión coloidal Purificación Arcilla purificada Filtros de arcilla Tratamiento térmico Impregnación de esponja de PU
  • 20. NANOCIENCIA NANOTECNOLOGÍA Es la manipulación•Se dedica al estudio “controlada” y producción de las propiedades de de objetos materiales, los objetos y instrumentos, estructuras y fenómenos a escala sistemas a dicha escala. La nanométrica nanociencia y la nanotecnología son ejemplo de (nano) tecnociencia.
  • 21. ¿Por qué la Nanotecnología? Para incrementar la eficiencia del consumo de energía, ayudar a limpiar el ambiente, y solucionar los principales problemas de salud. Se ha dicho que es capaz de incrementar masivamente la producción manufacturera a costos significativamente más reducidos. Los productos de la nanotecnología pueden ser más pequeños, baratos, ligeros y más funcionales y requieren menos energía y menos materias primas para fabricarlos.
  • 22. Aplicaciones de la nanotecnologíaHerramientas (para ver, manipular e ingeniar en elnivel atómico);Materiales (por las diferentes propiedades quemanifiestan);Dispositivos (para el funcionamiento corporal y laseravanzados);Técnicas para construir estructuras a nanoescala(autoensamblamiento, nanolitografía);Tecnología electrónica y de información (incrementodel poder de la computación en pequeño espacio abajo costo);Ciencias de la vida (habilidad para trabajar en laescala de los sistemas biológicos);Energía, procesos, medio ambiente (catálisis, fuentesenergéticas limpias).
  • 23. Etapas de la Nanotecnología. Etapas de la Nanotecnología. 1º Nanoestructuras pasivas 1º Generación de productos a) Nanoestructuras dispersadas y de contacto Ej..: Aerosoles, Formulación ‘‘coloides’’ b) Productos que incorporan Nanoestructuras Ej..: recubrimientos Compuestos reforzados con nanopartículas, metales nanoestructurados, polímeros y cerámicos~2000 2º Nanoestructrurados activos a) Bioactivos con efectos para la salud Ej..: Medicamentos orientados biodispositivos b) Activo físico-químico Ej..: Transistores 3D, Políticas de riesgos Políticas de riesgo amplificadores, actuadores, estructuras adaptables 3º Sistema de Nanosistemas ~2005 Ej.: ensamblaje dirigido, redes de 3D y arquitecturas Jerárquicas, robótica y evolución ~2010 4º Nanositemas Moleculares Ej.: Dispositivo por diseño, diseño atómico, funciones emergentes ~2015 - 2020
  • 24. La nanociencia y la nanotecnología constituyen la próximarevolución científico-tecnológica en proceso de despliegue, concaracterísticas de tecnología disruptiva, en tanto que losconceptos de manufactura, diseño y conocimiento serántransformados radicalmente.Su impacto descansa en su carácter multidisciplinario queconduce a sinergias interdisciplinarias y en las iniciativastomadas por gobiernos, empresas y sectoressociales.
  • 25. El desarrollo del conocimiento y la educación seoriginarán a nivel nanoescala en vez de lamicroescala. Un nuevo paradigma de la educación nobasado en disciplinas, sino en la unidad de laintegración de la naturaleza y de la educación-investigación será puesto a prueba.Los cambios del paradigma de la ciencia y de laeducación serán por lo menos tan fundamentalescomo éstos durante la “transición de la micro-escalaC&E (ciencia y educación)” originada en 1950,donde el análisis micro-escala y el análisis científicofueron estimulados por la carrera para llegar alespacio y la revolución digital.La nueva “transición nano-escala” cambiará la basedel análisis y el lenguaje de la educación estimuladapor los productos de la nanotecnología. Esta nueva“transición” se originó en el umbral del tercermilenio.
  • 26. El sistema Educativo debe iniciar la formación de recursos humanos en laeducación Básica de la microciencia. • Romper con los moldes tradicionales de pensamiento 1. • Analizar el potencial que representa para nuestro país el acceso al conocimiento de las nanociencia. 2. • Pensar en el futuro de la vida de nuestros hijos, nietos y de las generaciones siguientes. 3.
  • 27. •Insertar la acción como parte de procesos diario a mediano y largo plazo (que se construyen desde ya, en el día a día).4. •Identificar y generar mecanismos que permitan difundir información, sobre avances y desarrollo de la ciencia y la tecnología, que permitan introducirlos en los conceptos de5. matemática, ciencias, ingenierías y de nanoescala. •Difundir la información sobre las implicaciones sociales y éticas que los nuevos conocimientos de la ciencia y las transformaciones tecnológicas tendrán sobre el desarrollo del sistema educativo en el6. mundo y en el país.
  • 28. SOCIEDAD DEL CONOCIMIENTOAl irnos introduciendo en el mundo de la creación intelectual del conocimiento, nos estamos dando cuenta que éste es “un mundo en donde el grande no se come al chico, sino que el rápido se come al lento”
  • 29. “Más que la riqueza de los recursos naturales conque se cuente, son más valiosas las mentes, paragenerar y darle utilidad al conocimiento, y lospaíses que no se interesen en darle a sus recursoshumanos una adecuada formación en cienciasnaturales, matemática e ingenierías, manteniendosu creatividad base del diseño y fuente deinnovación, no podrán sustentar su desarrollo ycondenaran a ésta y a las próximas generacionesde sus ciudadanos a vivir en la ignorancia y lapobreza”.