Nanotecnologia aplicada textiles

Medellín, Agosto de 2009 1

II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO

NANOTECNOLOGIA APLICADA A LOS TEXTILES

PRESENTA: EDITH CAICEDO DAZAESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA

TEXTIL , INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL- MÉXICO-


La Nanotecnologia ha sido bautizada como:

“La segunda revolución industrial en el siglo XXI”Es una ciencia que tendrá un gran impacto en la sociedad y en el modo de ver y sentir todo lo que nos rodea y sobre todo en el ámbito de los textiles viene a refrescar, a introducir un nuevo concepto de producir y de consumir los materiales que se desarrollen bajo estas tendencias tecnológicas.


“Hay suficiente espacio en el fondo “ , Richard Feyman ,1959



Nanotecnología es una palabra que tiende a intimidarnos. Pero si miramos a nuestro alrededor, la nanotecnología está en todas partes. La mayoría de reacciones biológicas y químicas tienen lugar a nivel nano. Así funciona la naturaleza.

Un nanómetro es muy pequeño. Es la billonissima parte de un metro. Un nanómetro es para un metro lo mismo que un balón con un radio de unos 15 centímetros es para 155000 kilómetros. Estos materiales a esa escala no podemos verlos ,ni siquiera en microscopios convencionales,porque son demasiado pequeños. Para verlos, nos hacen falta herramientas sofisticadas como microscopios electrónicos con láser y atómicos.

Para ver un pelo o una mosca, solo necesitamos nuestros ojos. Para ver bacteria, nos hace falta un microscopio. Para ver virus y transistores nos hace falta un microscopio electrónico. Y para ver nanomateriales necesitamos microscopios atómicos (los llamados "atomic probe").

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Qué es la nanociencia? La palabra nanociencia está compuesta de dos palabras: la palabra en latín "Nanus" que quiere

decir enano, y la palabra Ciencia. La nanociencia es distinta a las otras ciencias porque aquellas propiedades que no se pueden ver a escala macroscópica adquieren importancia, como por ejemplo propiedades de mecánica cuántica y termodinámicas. En vez de estudiar materiales en su conjunto, los científicos investigan con átomos y moléculas individuales. Al aprender más sobre las propiedades de una molécula, es posible unirlas de forma muy bien definida para crear nuevos materiales con nuevas e increíbles características.

1 milímetro = 1.000.000 nanómetrosBacteria y células son demasiado grandes para nanociencia. Pero un virus, un átomo y una molécula

tienen un tamaño nanométrico. A la escala nanométrica, los materiales tienen un comportamiento muy distinto al de propiedades más grandes


BUCKY BALLS


• Por qué es importante la nanotecnología?La nanotecnología es tan importante porque podría tener el potencial para resolver muchos de los

problemas de la humanidad. Si se desarrolla de forma responsable, la nanotecnología podría resolver problemas en los países más pobres del mundo tan importantes como enfermedades, hambre, falta de agua potable y falta de casas.

Con ayuda de la nanotecnología, en el futuro se podrán lograr los siguientes beneficios: Fabricar nuevos materiales como ropa que cambia de color, nuevos materiales para la construcción

que se auto limpian robots con capacidad de "ver" y "sentir".... Nuevos tecnologías de la información, tales como la computación cuántica y microchips capaces de almacenar trillones de bytes de información en un aparato tan pequeño como

la punta de un alfiler Avances médicos, incluyendo la administración de medicinas y la detección y tratamiento de

enfermedades como el cáncer. Con la nanotecnología se podrá construir pequeños "naves sanguíneas" que transportan medicinas

directamente al tumor de un cáncer para destrozarlo Beneficios para el medioambiente como la purificación de agua, sistemas para controlar la contaminación, nuevas

fuentes de energía sostenible y limpia



QUE ES UN NANOTUBO DE CARBÓN?

Harry Kroto, Bob Curl, and Rick Smalley descubrieron esferas de carbón puro en 1985. Las llama "Buckyballs" (pelotas de Bucky) en honor a Buckminster Fuller

• En 1991 Sumio Iijima descubrió nanotubos de carbón cuando estaba realizando investigaciones con Buckyballs.

• Desde entonces se ha investigado mucho para comprender la ciencia detrás de estos nanotubos que solo miden un nanómetro en diámetro.

• Los nanotubos de carbón son las fibras más fuertes que se conocen. Un solo nanotubo perfecto es de 10 a 100 veces más fuerte que el acero por peso de unidad y poseen propiedades eléctricas muy interesantes.

II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANORESEÑA HISTÓRICA SOBRE NANOTECNOLOGIA


Al descubrir Ijima estas estructuras permitió que se tenga conocimiento de una nueva variedad de materiales formados por capas de grafeno plegadas sobre sí mismas y estas dan lugar a estas especies químicas que se denominan “nanotubos”.

Estos nanotubos adquieren propiedades mecánicas que entre 50 y 100 veces superiores a las del acero. Por otro lado si se calientan estas estructuras estos se abren sobre sus extremos quedando solo su superficie lateral que está compuesta por hexágonos y que en el interior del mismo se pueden introducir diversas especies químicas como: sulfuros metálicos, óxidos , gases diversos y proteínas. Esta característica abre toda una gama de posibilidades para trabajar con materiales mediante diferentes procesos.

También a través de la asociación de diferentes fullerenos se logran la creación de nuevosmateriales, abriendo el abanico de nanomateriales.


FULLERENO: ES UNA FORMA ALOTROPICA DEL CARBONO QUE EN QUÍMICA ES LA PROPIEDAD QUE POSEEN CIERTOS ELEMENTOS QUÍMICOS DE PRESENTARSE BAJO ESTRUCTURAS MOLECULARES DIFERENTES. LOS FULERENOS O FULLERENOS SON LA TERCERA FORMA MÁS ESTABLE DEL CARBONO, TRAS EL DIAMANTE Y EL GRAFITO. FUERON DESCUBIERTOS RECIENTEMENTE, Y SE VOLVIERON POPULARES, TANTO POR SU BELLEZA ESTRUCTURAL COMO POR SU VERSATILIDAD PARA LA SÍNTESIS DE NUEVOS COMPUESTOS


ENFOQUES:• A) Top- down: Reducción de tamaño. Literalmente

desde arriba (mayor) hasta abajo (menor). Los mecanismos y las estructuras se miniaturizan a escala nanométrica.

• B) Bottom-Up: Auto ensamblado. Literalmente desde abajo (menor) hasta arriba (mayor). Se comienza con una estructura nanométrica como una molécula y mediante un proceso de montaje o auto ensamblado, se crea un mecanismo mayor, extremadamente preciso.



• Eric Drexler en su libro “Engines of creation” anticipó que las nanómaquinas

hechas de átomos serian capaces de construir ellas mismas otros componentes

moleculares.


Eric Drexler


II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO4 GENERACIONES PARA EL DESARROLLO DE NANOTECNOLOGIA:

Eric Drexler

Mihail (Mike) de los EE.UU. Roco National Nanotechnology


NUEVA CIENCIA:



II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANOMÉTODOS ACTUALES PARA OBTENER NANOESTRUCTURAS:

existe actualmente una serie de métodos para la construcción de estructuras menores a los 100nm, en la que cada una de ellas presenta ventajas y desventajas según su aplicación. Como son:

-Método de fotolitografía: Es usada actualmente para la impresión de chips yBiochips, empleados en la industria de circuitos integrados para los sistemas decomputación actual.

- Método por sonda exploradora: En este método se utilizan el microscopio deefecto túnel, el microscopio de fuerzas atómicas y el microscopio de sonda debarrido para asir átomos y disponerlos de manera ordena sobre una matrizatómica, o medir las características atómico-moleculares de una superficie en particular . También se tienen los dispositivos de nanoescala y las interfaces nanobioelectrónicas,que permiten la monitorización y el control de las actividades biológicas de las célulasvivas, y de redes multicelulares in vivo e in vitro, con medios eléctricos, electromecánicos, químicos y ópticos para obtener bioseñales.



FLOR DE LOTO¿QUE TIENE LA FLOR DE LOTO QUE RESISTE LA SUCIEDAD?

APLICACIÓN A LOS TEXTILES “La Industria Textil anda en pequeñeces. Algunos de los logros más increíbles en telas de última generación están relacionados con los tamaños mínimos: microencapsulados, nanofibras, nanomateriales, nanoelectrónica y una larga lista de miniaturas”


El uso de la nanotecnología está permitiendo potenciar el desarrollo de los textiles multifuncionales. Porejemplo, la tecnología de plasma se está utilizando para modificar las capas superficiales de espesornanométrico aportando propiedades nuevas como antibacteriana, fungicida y repelente al agua. Lananotecnología esta relacionada con el textil en muchos otros campos de aplicación entre los que

destacan: Nanopartículas para mejorar el control de la liberación de fragancias, biocidas y antifúngicos sobre

tejidos, así como para prevenir el crecimiento de bacterias mediante la liberación de agentes bacteriostáticos o también para la absorción de olores.

· Nuevas fibras con una capacidad de absorción de la humedad mejorada, en aquellas fibras que intrínsecamente carecen de esta propiedad (fibras sintéticas) mediante la superposición de un número elevado “nanocapas” capaces de retener la humedad.

Para mejorar las opciones “estéticas” como en la obtención de fibras luminiscentes por la de superposión de nanofibras con diferentes índices de refracción, generando una visión diferente en función del punto de vista del observador o del ángulo en que la luz incida sobre la fibra.

También se puede emplear la nanotecnología para obtener materiales más ligeros y resistentes mediante el empleo de nanofibras en la hilatura (nanotubos de carbono), con una resistencia 15 veces superior a la de las fibras de aramida actuales

II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANOTEXTILES MULTIFUNCIONALES:


II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANONANOMATERIALES:

La importancia de los Nanomateriales no sólo está en su tamaño, situado entre la escala macroscópica y la escala atómica, que bien da lugar a propiedades nuevas como mejora otras ya existentes. Estos materiales tienen además la potencialidad de dar lugar a tecnologías que sustituyan otras ya existentes con costos muy inferiores que se pueden reducir conforme avance el desarrollo tecnológico.En este marco se buscan encontrar:Materiales NanoestructuradosMateriales con NanoparticulasMateriales con NanocapsulasMateriales NanoporososMateriales NanofibrasMateriales NanohilosElectrónica MolecularLáminas delgadas

of the C540 structure

Michigan EE.UU.


II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANONANOADICION:

La investigación sobre fibras nanoadictivadas es uno de los campos donde se están logrando importantes avances en varios países que están insertados en esta tecnología, por ejemplo para Hilaturas de fibras como: Poliéster (PET), Poliamidas (PA6 Y PA6,6), Elastómeros Termoplásticos(TPE),Y fibras Bioactivas.

Se le adicionan: Nanoplatas, Nanoarcillas,Nanotubos y Nanofibras de carbono.

También el trabajo con fibras bi componentes y fibras huecas está siendo una forma de producir textiles funcionales y multifuncionales.

Caprolactama Cultivo de Nanotubos


ELECTROSPINNING- ELECTROHILADO

método que se basa en la elongación de un chorro viscoelástico que procede de una solución de polímero, siendo un proceso continuo; sirve para obtener hilos atómicos o nanohilos.


FUENTE: AITEX, ESPAÑA


El proceso de electohilado implica el uso de alto voltaje ( 1-30 KV)

La fibra que se genera como un chorro altamente electrificado altamente viscosoLa fibra se estira continuamente debido a las repulsiones electrostáticas entre cargas de superficie y evaporación de solvente El electrohilado produce fibras en un rango que va del nanométrico al micrométrico las fibras proveen una gran área superficial debido a su pequeño diámetro.El proceso de manufactura de electrohilado o “electrospinning” fue reportadopor primera vez por Formhals en 1934. Desde entonces, este proceso ha contado con la atención en muchas investigaciones, reportes, publicaciones y patentes..

.


Fuente: Centro de Química Aplicada en Coahuila, México.

A) Imagen del Microscopio Electrónico de Barrido (SEM)


MATERIALES FUNCIONALES ENCAPSULADOS:

AMPLIA VARIEDAD DE COMPONENTES FUNCIONALES:

INCORPORANDO A LA SOLUCIÓN DE ELECTROSPINNING PARTICULAS DE TITANIO, NEGRO DE ACETILENO, PLATA , OXIDOS DE HIERRO , ENZIMAS , ADN O CUALQUIER OTRA MOLÉCULA PARA ALTERAR LA MORFOLOGIA DE LAS FIBRAS RESULTANTES.



VARIAS TÉCNICAS PARA PREPARACION DE NANOFIBRAS:

COMPOSITES INORGANICOS/POLIMEROS Y CERÁMICOS

NANOFIBRAS CON ESTRUCTURA NÚCLEO-CAPA

NANOFIBRAS CON ESTRUCTURAS POROSAS (CATÁLISIS, FILTRACION DE ABSORCIÓN )

, CELDAS COMBUSTIBLES, INGENIERIA DE TEJIDOS.



APLICACIONES DE LAS NANOFIBRAS:

ACCIONES DE REFUERZOS: MEJORAR LA TENSIÓN Y OTROS RENDIMIENTOS DE MATERIALES.

MEMBRANAS BASADAS EN NANOFIBRAS Y ROPAS INTELIGENTES.

(ALTA RESISTENCIA AL PASO DEL AIRE, BAJA RESISTENCIA AL VAPOR DE AGUA, LIGERAS DE PESO, ELEVADA EFICIENCIA DE FILTRACIÓN)

UTILIZACIÓN BIOMÉDICA : INGENIERIA DE TEJIDOS ( MATRIZ NO TEJIDA PARA EL DESARROLLO DE TEJIDOS.



SOPORTES PARA ENZIMAS Y CATALIZADORES:

( MATERIALES CERÁMICOS POR SU PEQUEÑO TAMAÑO Y GRAN AREA DE SUPERFICIE)

SENSORES BASADOS EN NANOFIBRAS

DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS Y ÓPTICOS

PLANTILLAS DE SACRIFICIO ( QUE SIRVEN PARA GENERAR ESTRUCTURAS CON HUECO INTERIOR).



CARACTERISTICAS DIFERENCIALES DE LAS NANOFIBRAS SON:

LONGITUD EXTREMADAMENTE LARGA HASTA VARIOS KILÓMETROS .

ELEVADA ARÉA SUPERFICIAL Y COMPLEJA ESTRUCTURA POROSA.

ALINEAMIENTO MOLECULAR, debido a la fuerza de tensión de la fibra de polímero que hace la conformación de la cadena y la cristalinidad de la misma sean diferentes del producto obtenido por otros métodos.



Antimicrobianos: no permiten desarrollar olor a la transpiración· Antiácaros: para alérgicos· Anti-UV: protector solar· Luminiscencia: para seguridad· Reflectancia: permite desarrollar indumentaria que por sus propiedades de camuflaje logra mimetizarse con el medio exterior.· Autolimpiante: impide que penetren las manchas· Microencapsulado: para mantener la temperatura corporal

ALGUNAS PROPIEDADES PARA TEXTILES:




EL PROYECTO MAS AMBICIOSO DENTRO DEL CAMPO DE LA NANOTECNOLOGIA ES EL QUE DESARROLLA U.S. EN ARDEC ( ARMY ARMAMENT RESEARCH DEVELOPMENT AN ENGINEERING CENTER) NJ. COLABORANDO CON OTROS INSTITUTOS CON UN PRESUPUESTO DE UN BILLÓN DE DOLARÉS PARA DOTAR AL EJÉRCITO DE LOS ESTADOS UNIDOS DE LAS MEJORES CAPACIDADES DE MANIOBRA Y ATAQUE EN EL CAMPO DE BATALLA.

UNIVERSIDADES: MIT ( una de las instituciones universitarias más reconocidas en este campo y en otras).

EMPRESAS DEL SECTOR PRIVADO QUE TIENEN PROYECTOS IMPORTANTES EN ESTE CAMPO:

oCIBA SPECIALLITY CHEMICAL

oRAYTHEON ( contratista del pentágono)

oDUPONT DE NEUMORS ( Delaware): biomateriales, no tejidos, y polímeros

oNANOTECHNOLOGIES,

oTRITON SYSTEM

oDENDITRIC

oGORE AND ASSOCIATES, entre otras.



Inversiones, iniciativas nacionales y privatización del conocimiento:

Las grandes potencias mundiales desarrollan iniciativas nacionales en el área de la nanotecnología. La iniciativa norteamericana para la nanotecnología cuenta con un financiamiento de 3700 millones de dólares para tres años a partir del 2005. Solo en el 2004 el gasto en investigaciones fue de 849 millones de dólares donde alrededor de la mitad fue asignado al departamento de defensa y de energía. Ya en el 2006 el gasto había crecido a 1780 millones de dólares con similar distribución en estas áreas Japón es el segundo país que está invirtiendo en iniciativas nanotecnológicas con 975 millones de dólares en el 2006 seguido de cerca por China con 906 millones de dólares. En un reporte estadístico de patentes del 2007 se identificaron las áreas de la salud, la energía y la electrónica como las de mayor número de aplicaciones de patentes en los últimos años.

Fuente: Universidad de la Habana, Cuba



PATENTES DE NANOTECNOLOGIA CONCEDIDAS EN 2007

43%

27%

20%10% 0%0%

EEUUEUROPAJAPONCHINABRASILMEXICO

Fuente: Gráfica elaborada por ECD-extraídos archivo de patentes en Nanotecnología -Journal

BRASIL Y MEXICO

TIENEN UN 0.2% DE PATENTES

OBTENIDAS EN2007



Un publicitado reporte de la UNESCO advierte que el abismo entre países subdesarrollados y desarrollados en esta área surgió desde el mismo inicio, determinado por la deuda tecnológica y científica del Tercer Mundo respecto a las potencias hegemónicas y, amenaza con aumentar de manera insalvable en los próximos años. El mismo estudio identifica como áreas de mayor impacto de la nanotecnología en el Tercer Mundo las mismas señaladas con anterioridad con énfasis en la salud, la energía, la alimentación y el medio ambiente. Otra de las amenazas surgidas con las nanotecnología es el cambio de los marcos regulatorios de los países del primer mundo, al exigir a los productos que importan cumplan exigencias técnicas fuera del alcance de los países subdesarrollados, levantando barreras proteccionistas aparentemente técnicas. Esta relación se vuelve totalmente asimétrica, pues los países del Tercer Mundo aún cuando establecieran marcos regulatorios igualmente exigentes, carecerían de la capacidad técnica y científica de implementar tales exigencias

05

10152025303540

PORCENTAJE

1

CONTINENTES

PATENTES DE NANOTECNOLOGIA (SALUD) EN 2005

SUR AMERICA

OCEANIA

AFRICA

NORTEAMERICAEUROPA

FUENTE: JOURNAL OF NANOTECNOLOGY ONLINE 102240/2005


FIN ……..

¡GRACIAS POR SU ASISTENCIA!

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Nanotecnologia aplicada textiles

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