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

17

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.

19

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,

28

“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

32

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

33

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

34

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.

36

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

37

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.

38

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

39

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

40

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.

41

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-

43

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

44

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

52

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.

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