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¨

1. 1er Conversatorio.
¿Qué es la
Nanotecnología?
DRA. LETICIA REDVNANO
MOGOLLÓN. REDVNANO.ESTULA

3. ¿ ?
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.

4. Escala Física
Escala Física en materiales y estructuras
Elementos 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

5. Dimensión
Agua Aminoácido Virus Bacteria Neurona Un Punto Balón

6. Dimensión

7. 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

8. 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.

9. El Carbono: Fullerenos-Nanotubos

10. 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 planeta
Éste 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)

11. Grafeno
Grafeno

12. ¿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.

13. La nanociencia es el estudio del fenómeno y la manipulación de la
materia a escala nanométrica (0.1 a 100 nm), mientras que la
nanotecnología se trata del diseño, caracterización, producción y
aplicación de estructuras, dispositivos y sistemas a través del control
del tamaño y la forma a nanoescala.
Un nanómetro es la unidad de longitud que equivale a una
milmillonésima parte de un metro.
En esta escala, las propiedades físicas, químicas y/o biológicas de los
materiales, objetos, sistemas, etc., difieren de manera fundamental
de las propiedades de los mismos a tamaño micro/macroscópico,
por lo que la investigación y desarrollo de la nanotecnología se
orienta a la comprensión y creación de materiales mejorados,
dispositivos y sistemas que exploten estas nuevas propiedades.

14. En este sentido, la nanotecnología promete una mejor comprensión de
la naturaleza y de la vida misma, en donde el tamaño y la forma son
importantes. A su vez, la física, la química, la ciencia de los materiales,
la simulación computacional y la ingeniería, convergen hacia los
mismos principios teóricos y técnicas experimentales, posibilitando
avances tecnológicos extraordinarios por la sinergia interdisciplinaria y
las iniciativas tomadas por varios sectores y países.
La convergencia de la ciencia y la ingeniería a nivel nanoescala
establecerán un patrón para la aplicación y la integración de la
nanotecnología, que a su vez incorporará la biología, electrónica,
medicina, aprendizaje y otros campos (Roco y Bainbridge, 2003).
Incluye la fabricación híbrida, ingeniería neuromórfica, órganos
artificiales, incremento en la expectativa de vida, mejora en el
aprendizaje y capacidades sensoriales. La ciencia y la ingeniería de
nanobiosistemas llegarán a ser esenciales para el cuidado de la salud y
la biotecnología.
Se espera que el cerebro y las funciones nerviosas de los
sistemas sean medibles con relación a la ingeniería cognitiva.

15. El desarrollo del conocimiento y la educación se originarán a
nivel nanoescala en vez de la microescala. Un nuevo
paradigma de la educación no basado en disciplinas, sino en
la 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 educación
serán 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 análisis
científico fueron estimulados por la carrera para llegar al
espacio y la revolución digital.
La nueva “transición nano-escala” cambiará la base del
análisis y el lenguaje de la educación estimulada por los
productos de la nanotecnología. Esta nueva “transición” se
originó en el umbral del tercer milenio.

16. ¿Dónde estamos?
Etapa de • Desarrollo de nuevos métodos de
construcción del síntesis; nueva instrumentación; nueva
conocimiento caracterización; nuevas teorías y
básico modelos y nuevos materiales
Nanociencia
• Integración del conocimiento y
tecnología para construir dispositivos
Etapa de funcionales, robots, sistemas y equipos y
Integración herramientas que trabajen a escala
nanométrica
Nanotecnología
• Producción de dispositivos a nivel de
Etapa de
nanoescala; robots; sistemas y equipo a
Nanomanufactura nivel masivo

17. ¿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 ingeniería
herramientas para
industrias
existentes
Etapa de Biología Molecular
Nuevos mercados; Nanomanufactura Biotecnología
Nuevos trabajos y Ingeniera industrial
Nuevas Industrias Sistemas biológicos
Negocios

18. ANTES
AHORA

19. 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.

20. Materiales Nanoporosos.
Arcilla natural Suspensión coloidal
Purificación Arcilla purificada
Filtros de arcilla Tratamiento térmico Impregnación de esponja
de PU

21. 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.

22. ¿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.

23. Aplicaciones de la nanotecnología
Herramientas (para ver, manipular e ingeniar en el
nivel atómico);
Materiales (por las diferentes propiedades que
manifiestan);
Dispositivos (para el funcionamiento corporal y laser
avanzados);
Técnicas para construir estructuras a nanoescala
(autoensamblamiento, nanolitografía);
Tecnología electrónica y de información (incremento
del poder de la computación en pequeño espacio a
bajo costo);
Ciencias de la vida (habilidad para trabajar en la
escala de los sistemas biológicos);
Energía, procesos, medio ambiente (catálisis, fuentes
energéticas limpias).

24. 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

25. La nanociencia y la nanotecnología constituyen la próxima
revolución científico-tecnológica en proceso de despliegue, con
características de tecnología disruptiva, en tanto que los
conceptos de manufactura, diseño y conocimiento serán
transformados radicalmente.
Su impacto descansa en su carácter multidisciplinario que
conduce a sinergias interdisciplinarias y en las iniciativas
tomadas por gobiernos, empresas y sectores
sociales.

26. El desarrollo del conocimiento y la educación se
originarán a nivel nanoescala en vez de la
microescala. Un nuevo paradigma de la educación no
basado en disciplinas, sino en la 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
educación serán 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 análisis científico
fueron estimulados por la carrera para llegar al
espacio y la revolución digital.
La nueva “transición nano-escala” cambiará la base
del análisis y el lenguaje de la educación estimulada
por los productos de la nanotecnología. Esta nueva
“transición” se originó en el umbral del tercer
milenio.

27. El sistema Educativo debe iniciar la formación de recursos humanos en la
educación 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.

28. •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 de
5. 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 el
6. mundo y en el país.

29. SOCIEDAD DEL CONOCIMIENTO
Al 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”

30. “Más que la riqueza de los recursos naturales con
que se cuente, son más valiosas las mentes, para
generar y darle utilidad al conocimiento, y los
países que no se interesen en darle a sus recursos
humanos una adecuada formación en ciencias
naturales, matemática e ingenierías, manteniendo
su creatividad base del diseño y fuente de
innovación, no podrán sustentar su desarrollo y
condenaran a ésta y a las próximas generaciones
de sus ciudadanos a vivir en la ignorancia y la
pobreza”.