Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Textil

Nanotecnología Definición y Antecedentes de la Nanotecnología

TM63 Aguilar Casimiro Juana Cristina

Miguel Pérez Brenda Yereli Ramos Espinosa Angélica Lizbeth Yhmoff Acomba Nadia Daniela

!1INFORME NANOTECNOLOGÍA

Índice

Objetivo General…………………………..… 3

Objetivo Particular ………………………..… 3

Introducción ………………………………… 4

¿Qué es Nano?…………………….………… 5

¿Qué es Nanotecnología?……………………. 5

Antecedentes………………………………… 7

Historia cronológica de la Nanotecnología…..8

Nanotecnología en los últimos años…..……. 15

Conclusiones………….………………….… 17

Glosario……………….……….…………… 17

Bibliografías………………………………… 19

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Objetivo General La nanotecnología abarca muchas áreas y la investigación de esta lleva mucho tiempo. En este trabajo explicaremos como fueron los avances de la nanotecnología , la importancia y beneficios que ha tenido hasta la actualidad. Esto nos dará un gran panorama sobre el que es la nanotecnología , como funciona y como en algún momento podríamos emplearlo.

Objetivo Particular Para entender bien lo que es nanotecnología?, daremos una la mejor definición para que quede más claro y en los antecedentes daremos a conocer como fue evolucionando desde que se descubrió y darnos una idea del como podría ser nuestro futuro.

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Introducción Si bien hoy en día aún no hay un consenso a nivel internacional sobre lo que el campo de la Nanotecnología incluye, se puede realizar una aproximación a su definición diciendo que el término abarca los conocimientos utilizados para la manipulación de la materia a escala nanométrica (es decir la mil millonésima parte de un metro), con el fin de diseñar y mejorar las propiedades físico-químicas de distintos materiales.

En esta escala se presentan fenómenos físicos regidos por nuevas reglas basadas en la mecánica cuántica que cambian drásticamente el comportamiento de los materiales, tornándolos mucho más eficientes y útiles con respecto a varias de sus aplicaciones actuales. A su vez, algunos especialistas han señalado que la Nanotecnología tendrá el potencial de introducir una nueva revolución industrial, pues permitiría modificar gran parte de los insumos utilizados en distintas industrias, e incluso, los más arriesgados se aventuran a imaginar que tiene la potencialidad de permitir reemplazar varias de las producciones basadas en recursos naturales, por ejemplo, al crear materiales que reemplacen al cobre (Sarma & Chaudhury, 2009).

Debido a estas y otras particularidades, en los últimos 10 años el término Nanotecnología ha surgido como un nuevo conjunto de técnicas capaces de revolucionar el tejido industrial, lo cual se debe al hecho de que se la considera como un conjunto de tecnologías de propósito general que posiblemente impactarán en casi todas las industrias en los próximos años, tal como lo han hecho las tecnologías de la información y comunicación (TIC). Son varios los ejemplos que se pueden citar al respecto, entre ellos: el caso de la industria electrónica en donde se anticipan chips cada vez pequeños, logrando así mantener el sostenido avance de la famosa Ley de Moore (Moore, 1965); también en el área de salud se pronostican múltiples progresos que se podrían realizar tanto en el diseño y aplicación de fármacos como en novedosos instrumentales médicos; la industria automotriz es otro ejemplo, en donde se demandarían nuevos materiales para distintas gamas de vehículos y sus respectivas partes, como motores o cajas de cambio; entre otros ejemplos que se aludirán a lo largo del trabajo.

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¿Qué es Nano? Antes de definir Nanotecnología necesitamos tener en claro que…

Nano viene del griego νάνος , que significa “enano”. Oficialmente se le dio éste nombre el 10 de enero de 2000 porque el nombre coincidía con otro programa Unix. El nombre viene del sistema de prefijos del SI, donde

nano es 1000 veces mayor que pico. Se indica un factor de 10-9  que aplicado a las unidades de longitud, corresponde a una mil millonésima parte de un metro

¿Qué es Nanotecnología? La palabra "nanotecnología" es usada extensivamente para definir las ciencias y técnicas que se aplican a un nivel de nanoescala, esto es unas medidas extremadamente pequeñas “nanos", que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. En síntesis nos llevaría al proceso de creación de materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas.

La mejor definición de Nanotecnología que hemos encontrado es esta:

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.

Como la nanotecnología estudia la materia desde un nivel de resolución nanométrica, entre 1 y 100 Nanómetros, hay que saber que un átomo mide menos de 1 nanómetro pero una molécula puede ser mayor, en esta escala se observan propiedades y fenómenos totalmente nuevos,  que se rigen bajo las leyes de la Mecánica Cuántica, estas nuevas propiedades son las que los científicos aprovechan para crear nuevos materiales (nanomateriales) o   dispositivos nanotecnológicos, de esta forma la

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Nanotecnología promete soluciones a múltiples problemas que enfrenta actualmente la humanidad, como los ambientales, energéticos, de salud (nanomedicina), y muchos otros, sin embargo estas nuevas tecnologías pueden conllevar a riesgos y peligros si son mal utilizadas.

  La siguiente imagen  muestra la unidad de medida de diversos sistemas,  y la escala a la que pertenecen (Nano o Micro).

Esta ciencia aplicada se desarrolla a nivel de átomos y moléculas. La química, la biología molecular, la física, la informática, la medicina, entre otras ciencias son algunos de los campos de aplicación de la nanotecnología. Ésta tecnología también se emplean en la industria tal es el caso del mundo textil y del calzado, y de los sectores alimenticio, sanitario, automotriz y edilicio.

!6INFORME NANOTECNOLOGÍA

Antecedentes Todo parte del descubrimiento del átomo por griegos y la palabra significa Indivisible .

El primer descubrimiento del átomo fue un desarrollo muy lento, ya que la gente lo que hacia era especular sobre el átomo.

Demócrito fue el primero en afirmar que la materia está compuesta por átomos, y que estos eran indivisibles. Y ahí quedo la cosa hasta que Dalton, en 1803 lanzó su teoría atómica de la materia. En ella decía que todos los elementos que se conocen están constituidos por átomos y que estos eran lo más pequeño en que se podía dividir la materia, es decir eran indivisibles.

En 1811 Amedeo Avogadro formuló una ley que lleva su nombre “ley de Avogadro”. Esta ley viene a decir que dos volúmenes iguales de diferentes gases y en las mismas condiciones tienen el mismo número de moléculas, pero no el mismo número de átomos. Según la tecnología fue avanzando, el estudio del átomo se abría camino con más facilidad.

En 1896 Becquerel, descubridor de la radioactividad supuso que los electrones tenían carga eléctrica. Cosa que Millikan, confirmó veinte años después.

En 1906 J.J. Thomson, supuso que Dalton estaba equivocado, porque el átomo estaba compuesto de electrones.

En 1911 Rutherford, lanzó la primera teoría sobre la estructura del átomo, en ella decía que los electrones giraban alrededor del núcleo como si fuera un sistema solar en miniatura. Esta teoría se mantuvo hasta 1913, fecha en la cual Bohr, lanzó una nueva teoría atómica, en ella decía que los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas. Esta teoría fué y es de las más importantes, llamada Teoría Atómica de Bohr.

Esta teoría todavía no era la definitiva, pero si la base de las teorías actuales sobre el átomo. En 1919 Rutherford descubrió que el núcleo de los átomos estaba compuesto por protones, y que estos tenían carga positiva. Y en 1932 Chadwick, descubrió el neutrón, una de las partículas fundamentales de la materia que se encuentra en el núcleo del átomo.

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Historia Cronológica de la Nanotecnología

Fecha Acontecimiento

Descubrimiento completo del átomo

Erwin Müller, en Siemens, inventó el microscopio de emisión de campo, que

hizo posible la consecución de imágenes cercanas a resolución atómica de los

materiales.

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1803 - 1932

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1936

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Fecha Acontecimiento

Arthur von Hippel en el MIT acuña, entre otros conceptos, el término-

“ingeniería molecular”.

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1956

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Jack Kilby de Texas Instruments diseña y construye el primer circuito integrado ,

por el que posteriormente recibiría el Premio Nobel en 2000.

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1958

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Richard Feynman habla por primera vez en una conferencia sobre el futuro de la investigación científica: “A mi

modo de ver, los principios de la Física no se pronuncian en contra de la

posibilidad de maniobrar las cosas átomo por átomo”.

Fecha Acontecimiento

1966

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�

Se realiza la película “Viaje alucinante” que cuenta la travesía de unos científicos

a través del cuerpo humano. Los científicos reducen su tamaño al de una partícula y se introducen en el interior

del cuerpo de un investigador para destrozar el tumor que le está matando.

Por primera ve en la historia, se considera esto como una verdadera

posibilidad científica. La película es un gran éxito.

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1959

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Norio Taniguchi de la Universidad de Ciencias de Tokio acuña el término

nanotecnología en el marco dimensional a escala atómica

Se descubren los buckminsterfullerenes, es una molécula de fullereno esférico

con la fórmula empírica Cencuentra formado por veinte anillos de

carbono hexagonales y doce anillos pentagonales, con un átomo de carbono en los vértices de cada polígono, y un

enlace en cada una de las aristas.

Se inventa el microscopio de fuerza atómica AFM

Fecha Acontecimiento

1986

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1974

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1985

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!11INFORME NANOTECNOLOGÍA

Se fabrica la guitarra más pequeña el mundo. Tiene el tamaño

aproximadamente de una célula roja de sangre

Fecha AcontecimientoSe lleva acabo la manipulación atómica

“IBM” escrito con átomos.

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1997

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1989

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Sir Harry Kroto gana el Premio Nobel por haber descubierto los fullerenos

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1996

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!12INFORME NANOTECNOLOGÍA

Fecha Acontecimiento1998

�

Se logra convertir a un nanotubo de carbón en un nanolapiz que se puede

utilizar para escribir

���

!13INFORME NANOTECNOLOGÍA

Fecha AcontecimientoLos productos de consumo que hacen uso de la nanotecnología comienzan a aparecer en el mercado: parachoques para automóviles que se resisten a las abolladuras y rallados, pelotas de golf

que vuelan rectas, raquetas de tenis que son más rígidas, bates de béisbol con

una mejor flexibilidad y "golpe", calcetines antibacterianos de nano-plata, protectores solares transparentes, ropa sin arrugas y resistente a las manchas, cosméticos terapéuticos de penetración

profunda, revestimientos de vidrio resistente a los arañazos, baterías de más

rápida recarga para herramientas eléctricas inalámbricas, y mejoras en las

pantallas para televisores, teléfonos celulares y cámaras digitales

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���

1999- 2000

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Nanotecnología en los últimos años

Fecha Acontecimiento

Naomi Halas, Jennifer West, Rebeca Drezek, y Renata Pasqualin en la

Universidad Rice desarrollan unas nanocápsulas de oro, que son

"sintonizadas" para absorber la luz infrarroja, sirven de plataforma para el

descubrimiento integrado, diagnóstico y tratamiento del cáncer de mama sin

biopsias invasivas, cirugía o radiación sistémica destructiva o quimioterapia.

Angela Belcher y sus colegas en el MIT construyen una batería de iones de litio con un tipo común de virus que no son

dañios para el ser humano, de bajo coste y benigno para el medio ambiente. Las baterías tienen la misma capacidad de

energía y el rendimiento de energía como las baterías recargables con tecnología de

última generación (coches híbridos, dispositivos electrónicos personales. etc.)

2003

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2007

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!15INFORME NANOTECNOLOGÍA

Nadrian Seeman y varios colegas de la Universidad de Nueva York crean varios dispositivos a nanoescala con un montaje robótico de ADN. Se trata de un proceso de creación de estructuras de ADN 3D

utilizando secuencias sintéticas de cristales de ADN que pueden ser

programados para auto- ensamblale utilizando "extremos pegajosos" y la colocación en un orden y orientación

conjunto.

El primer dispositivo nanomecánico basado en el ADN construido por Ned Seeman utiliza la transición B-Z de la

molécula de ADN. La distancia entre los tintes fluorescentes asociados a los

finales libres en los cruzamientos dobles de la moléula aumentan con el cambio de

la forma B de la conformación de la molécula de ADN, derechos (arriba), a la forma de Z, zurda (abajo) provocando un

movimiento que sería el aprovechado para el dispositivo.

IBM utiliza una punta de silicio que mide sólo unos pocos nanómetros en su ápice ,para cincelar el material de un sustrato y crear un mapa completo a nanoescala 3D del mundo -de un tamaño de una-milésima parte de un grano de sal y lo hizo en 2 minutos y 23 segundos.

Nanotubos de carbono son los interruptores electrónicos de mayor

eficiencia energética con una escalabilidad muy por debajo de los 10

nanómetros. Por ejemplo el graneo.

2009

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2010

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Conclusiones Su cualidad principal es como su nombre lo indica el tamaño nanométrico con el que trabaja esta ciencia y el cual ha sido el principal factor de su uso tecnológico. Así pues podemos concluir que la Nanotecnología ha venido siendo un gran beneficio por todos sus avances y descubrimientos. Gracias a todos estos científicos la nanotecnología ha avanzado en cada una de las áreas mencionadas.

Glosario Nanómetro: es una milésima de millonésima de metro.

Escala Nanométrica: nos referimos desde una décima de nanómetro a una centena de nanómetro (0.1 nm hasta 100 nm)

Ley de Moore: expresa que aproximadamente cada dos años se duplica el número de transistores en un circuito integrado.

Pico: Viene de la palabra italiana piccolo, que significa “pequeño”. es un prefijo del Sistema Internacional que indica un factor de 10-12

Nanomaterial : tiene propiedades morfológicas más pequeñas que una décima de micrómetro en, al menos, una dimensión; en otras palabras, considerando que los materiales deben tener alto, ancho y largo, una de estas tres dimensiones es menor a la décima parte de un metro dividido en 1 millón.

Nanomedicina: es la aplicación de la nanotecnología en el campo de la medicina, incluyendo de igual modo la futura aplicación de la nanotecnología molecular.

Nanopartícula: es una partícula microscópica con por lo menos una dimensión menor que 100 nm. Las Nanopartículas son añadidas a cosméticos, textiles, fármacos, pinturas, alimentos, etc.., estas proporcionan mejoras al producto o material como

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propiedades bactericidas, capacidad para repeler el agua, mejorar absorción de fármacos, etc..

Átomo: la partícula más pequeña en que un elemento puede ser dividido sin perder sus propiedades químicas, están compuestos por, electrones que es una partícula elemental estable cargada negativamente que constituye uno de los componentes fundamentales del átomo, los electrones tienen una carga negativa. La carga de los protones es positiva y pesan unas 1.836 veces más que los electrones. Los únicos que no tienen carga eléctrica son los neutrones que pesan aproximadamente lo mismo que los protones.

Nanotubos de Carbono : estructuras tubulares cuyo diámetro es del tamaño del nanómetro. Los nanotubos de carbono son una forma alotrópica del carbono, como el diamante, el grafito o los fullerenos. Su estructura puede considerarse procedente de una lámina de grafito enrolladas sobre sí misma. Dependiendo del grado de enrollamiento, y la manera como se conforma la lámina original, el resultado puede llevar a nanotubos de distinto diámetro y geometría interna.

Fullerenos: son un conjunto de formas alotrópicas del carbono, diferentes del diamante y del grafito.. Los fullerenos son moléculas con formas esferoidales que contienen desde 32 hasta 960 átomos de carbono sólidos moleculares, muy estables, ya que no poseen enlaces libres, y que dan lugar a sólidos moleculares blandos. El arquetipo de estas moléculas es la denominada buckminsterfullereno, buckybola o futboleno, de fórmula C60.

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Bibliografías http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/

historia_nanotecnologia.htm

http://definicion.de/nanotecnologia/

http://www.nanotecnologia.cl/que-es-nanotecnologia/

http://www.nanotecnologia.cl

http://biotech.bioetica.org/Bases/clase2-21.htm

http://mim-us.es/estructuras_cristalinas/fullerenos.html

http://www.ehowenespanol.com/significa-palabra-nano-sobre_326854/

Videos https://www.youtube.com/watch?v=WFPVdYklfrM

https://vimeo.com/12207533 : Intro to Nano Video (Spanish) from NISE Network on Vimeo.

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