Nanomateriales

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Los nanomateriales son materiales con propiedades morfológicas más pequenas que un micrómetro en al menos una dimensión.^[1] 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).

[editar] Conceptos fundamentales

Un aspecto singular de la nanotecnología es la cada vez mayor proporción de superficie a volumen presentes en muchos materiales de nanoescala que se abre en una nueva efectos de la mecánica cuántica, por ejemplo, el "quantum efecto tamaño" donde la propiedades electrónicas de los sólidos se alteran con grandes reducciones en el tamaño de las partículas. 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. Además, una serie de propiedades físicas del cambio en comparación con los sistemas macroscópicos. Novela propiedades mecánicas de los nanomateriales es objeto de nanomechanics investigación. Su actividad catalítica revela nuevas propiedades en la interacción con los biomateriales.

La nanotecnología puede ser pensado 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. This dynamic reciprocation of ideas and concepts contributes to the modern understanding of the field. Esta dinámica de reciprocidad ideas y conceptos contribuye a la comprensión moderna del campo. Broadly speaking, nanotechnology is the synthesis and application of ideas from science and engineering towards the understanding and production of novel materials and devices. 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. These products generally make copious use of physical properties associated with small scales. Estos productos suelen hacer uso copioso de las propiedades físicas asociadas a pequeña escala.

Materials reduced to the nanoscale can suddenly show very different properties compared to what they exhibit on a macroscale, enabling unique applications. Materiales reduce a la nanoescala pueden repentinamente mostrar propiedades muy diferentes en comparación con lo que en una exposición macroscale, lo que permite aplicaciones únicas. For instance, opaque substances become transparent (copper); inert materials become catalysts (platinum); stable materials turn combustible (aluminum); solids turn into liquids at room temperature (gold); insulators become conductors (silicon). Por ejemplo, sustancias opacas llegar a ser transparente (de cobre); materiales inertes se conviertan en catalizadores (platino); estable su vez, los materiales combustibles (aluminio), sólidos se convierten en líquidos a temperatura ambiente (oro); aisladores convertirse en conductores (silicio). Materials such as gold , which is chemically inert at normal scales, can serve as a potent chemical catalyst at nanoscales. Materiales como el oro, que es químicamente inerte a las escalas normales, puede servir como un potente químico catalizador en nanoscales. Much of the fascination with nanotechnology stems from these unique quantum and surface phenomena that matter exhibits at the nanoscale. 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.

Nanosize powder particles (a few nanometres in diameter, also called nanoparticles ) are potentially important in ceramics , powder metallurgy , the achievement of uniform nanoporosity and similar applications. Nanosize partículas de polvo (a unos cuantos nanómetros de diámetro, también llamadas nanopartículas) son potencialmente importantes en cerámica, metalurgia de polvos, el logro de uniforme nanoporosity y aplicaciones similares. The strong tendency of small particles to form clumps ("agglomerates") is a serious technological problem that impedes such applications. La fuerte tendencia de las pequeñas partículas para formar macizos ( "aglomerados") es un grave problema tecnológico que impide dichas solicitudes. However, a few dispersants such as ammonium citrate (aqueous) and imidazoline or oleyl alcohol (nonaqueous) are promising additives for deagglomeration. Sin embargo, algunos dispersantes como citrato amónico (acuosa) y imidazoline o oleyl alcohol (nonaqueous) son prometedores para los aditivos deagglomeration.

[editar] 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 vencir sn problemas cualquier fricción. Sin embargo si reducimos su escala en un factor de 1000, su poder se reduce en una cantidad proporcional a 1000³ (un factor del orden de miles de millones), mientras que la fricción se reduce "únicamente" en un factor de 1000² (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.

Es por ello que, mientras que las superpotencias en miniatura electrónicos circuitos integrados se pueden hacer funcionar, la misma tecnología no puede utilizarse para hacer funcional de los dispositivos mecánicos en miniatura: la fricción supera la potencia disponible a escalas tan pequeñas. So while you may see microphotographs of delicately etched silicon gears, such devices are curiosities with limited real world applications, for example in moving mirrors and shutters . Así, mientras puede ver microfotografías de silicio delicadamente grabada marchas, la utilización de dichos dispositivos se encuentran con curiosidades limitado el mundo real, por ejemplo en el movimiento espejos y persianas. Surface tension increases in the same way, causing very small objects to tend to stick together. Aumenta la tensión superficial de la misma manera, causando muy pequeños objetos a tienden a estar pegadas. This could possibly make any kind of "micro factory" impractical: even if robotic arms and hands could be scaled down, anything they pick up will tend to be impossible to put down. Esto podría hacer cualquier tipo de "micro fábrica" poco práctica: aunque brazos robóticos y las manos podría ser reducido, cualquier cosa que recoger tenderán a ser imposible de poner. The above being said, molecular evolution has resulted in working cilia, flagella, muscle fibers, and rotary motors in aqueous environments, all on the nanoscale. 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. These machines, however, exploit the increase of the frictional forces found at the micro or nanoscale. Estas máquinas, sin embargo, aprovechar el aumento de las fuerzas de rozamiento encontrados en el micro o nanoescala. Unlike an oar, paddle or propeller the mechanics of which are dominated by normal frictional forces (the frictional forces perpendicular to the surface) for propulsion, cilia, etc., develop motion resulting from the exaggerated drag or laminar forces (frictional forces parallel to the surface) present at micro and nano dimensions. 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. To develop meaningful "machines" at the nanoscale, the relevant forces need to be considered. Para desarrollar significativo "máquinas" en la nanoescala, las fuerzas deben ser considerados. We are faced with the development and design of relevant machines rather than the simple reproductions of macroscopic ones. Nos enfrentamos con el desarrollo y diseño de las máquinas en lugar de la simple reproducción de macroscópicas.

All these scaling issues have to be kept in mind while evaluating any kind of nanotechnology. Todas estas cuestiones han escalado a tener en cuenta al evaluar cualquier tipo de nanotecnología.

[editar] Materiales utilizados en nanotecnología

Materiales a que se refiere como "nanomateriales" en general se dividen en dos categorías: fullerenos, y nanopartículas inorgánicas. See also Nanomaterials in List of nanotechnology topics Véase también Nanomateriales en la lista de temas nanotecnología

[ edit ] Fullerenes [Editar] Fullereno Buckminsterfullerene C60, también conocida como la buckyball, es el miembro más pequeño de la familia fullereno. Buckminsterfullerene C 60 , also known as the buckyball, is the smallest member of the fullerene family. Buckminsterfullerene C 60, también conocida como la buckyball, es el miembro más pequeño de la familia fullereno.

   Main article: Fullerene Artículo principal: fullereno 

The fullerenes are a class of allotropes of carbon which conceptually are graphene sheets rolled into tubes or spheres. Los fullerenos son una clase de allotropes de carbono que son conceptualmente graphene hojas enrolladas en tubos o esferas. These include the carbon nanotubes which are of interest due to both their mechanical strength and their electrical properties. Estos incluyen los nanotubos de carbono que son de interés debido a su resistencia mecánica y sus propiedades eléctricas.

For the past decade, the chemical and physical properties of fullerenes have been a hot topic in the field of research and development, and are likely to continue to be for a long time. 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. In April 2003, fullerenes were under study for potential medicinal use : binding specific antibiotics to the structure to target resistant bacteria and even target certain cancer cells such as melanoma . 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. The October 2005 issue of Chemistry and Biology contains an article describing the use of fullerenes as light-activated antimicrobial agents. En octubre de 2005 número de Química y Biología contiene un artículo que describe el uso de fullerenos como luz activados los agentes antimicrobianos. In the field of nanotechnology , heat resistance and superconductivity are some of the more heavily studied properties. En el campo de la nanotecnología, resistencia al calor y la superconductividad son algunas de las más estudiadas en gran medida las propiedades.

A common method used to produce fullerenes is to send a large current between two nearby graphite electrodes in an inert atmosphere. Un método común utilizado para producir fullerenos es enviar una gran corriente entre dos electrodos de grafito cerca en una atmósfera inerte. The resulting carbon plasma arc between the electrodes cools into sooty residue from which many fullerenes can be isolated. El resultado de carbono arco de plasma entre los electrodos se enfría en los residuos de hollín que muchos fullerenos pueden ser aislados.

There are many calculations that have been done using ab-initio Quantum Methods applied to fullerenes. Hay muchos cálculos que se han realizado utilizando ab-initio Quantum métodos aplicados a fullerenos. By DFT and TDDFT methods one can obtain IR , Raman and UV spectra. De DFT y TDDFT métodos se puede obtener IR, Raman y UV espectros. Results of such calculations can be compared with experimental results. Los resultados de dichos cálculos se pueden comparar con los resultados experimentales.

[editar] nanopartículas

   Main article: Nanoparticle Artículo principal: nanopartículas 

Nanoparticles or nanocrystals made of metals, semiconductors, or oxides are of interest for their mechanical, electrical, magnetic, optical, chemical and other properties. Las nanopartículas o nanocristales de los metales, semiconductores, óxidos o son de interés para sus mecánicos, eléctricos, magnéticos, ópticos, químicos y otras propiedades. Nanoparticles have been used as quantum dots and as chemical catalysts . Las nanopartículas se han utilizado como puntos cuánticos y como catalizadores químicos.

Nanoparticles are of great scientific interest as they are effectively a bridge between bulk materials and atomic or molecular structures. 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. A bulk material should have constant physical properties regardless of its size, but at the nano-scale this is often not the case. Un material a granel debe tener propiedades físicas constantes, independientemente de su tamaño, pero a escala nanométrica, con este no suele ser el caso. Size-dependent properties are observed such as quantum confinement in semiconductor particles, surface plasmon resonance in some metal particles and superparamagnetism in magnetic materials. 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.

Nanoparticles exhibit a number of special properties relative to bulk material. Las nanopartículas presentan una serie de propiedades especiales en relación con el material a granel. For example, the bending of bulk copper (wire, ribbon, etc.) occurs with movement of copper atoms/clusters at about the 50 nm scale. Por ejemplo, la flexión de grueso de cobre (alambre, cinta, etc) se produce con el movimiento de los átomos de cobre / agrupaciones más o menos en la escala de 50 nm. Copper nanoparticles smaller than 50 nm are considered super hard materials that do not exhibit the same malleability and ductility as bulk copper. Cobre nanopartículas de menos de 50 nm se consideran super materiales duros que no muestren la misma maleabilidad y ductilidad a granel como el cobre. The change in properties is not always desirable. El cambio en las propiedades no es siempre deseable. Ferroelectric materials smaller than 10 nm can switch their magnetisation direction using room temperature thermal energy, thus making them useless for memory storage. Suspensions of nanoparticles are possible because the interaction of the particle surface with the solvent is strong enough to overcome differences in density , which usually result in a material either sinking or floating in a liquid. Materiales ferroeléctricos de menos de 10 nm puede cambiar su dirección magnetización temperatura ambiente utilizando energía térmica, con lo que ellos 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. Nanoparticles often have unexpected visible properties because they are small enough to confine their electrons and produce quantum effects. Las nanopartículas tienen a menudo inesperadas propiedades visibles porque son lo suficientemente pequeños para limitar sus electrones y producir efectos cuánticos. For example gold nanoparticles appear deep red to #FFFFFF in solution. Por ejemplo el oro nanopartículas aparecen de color rojo profundo a negro en la solución.

Nanoparticles have a very high surface area to volume ratio. Las nanopartículas tienen una gran superficie proporción al volumen. This provides a tremendous driving force for diffusion , especially at elevated temperatures. Sintering can take place at lower temperatures, over shorter time scales than for larger particles. Esto proporciona una enorme fuerza impulsora para la difusión, especialmente a temperaturas elevadas. Aglomerados puede tener lugar a temperaturas más bajas, a lo largo de escalas de tiempo más corto que para las partículas más grandes. This theoretically does not affect the density of the final product, though flow difficulties and the tendency of nanoparticles to agglomerate complicates matters. 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. The surface effects of nanoparticles also reduces the incipient melting temperature . La superficie efectos de las nanopartículas también reduce la incipiente temperatura de fusión.

[editar] Seguridad de la Fabricado Nano

Nanomaterials behave differently than other similarly-sized particles. Nano se comportan de manera diferente a otros similares de tamaño de partículas. It is therefore necessary to develop specialized approaches to testing and monitoring their effects on human health and on the environment. Por lo tanto, es necesario desarrollar métodos especializados para las pruebas y seguimiento de sus efectos sobre la salud humana y el medio ambiente. The OECD Chemicals Committee has established the Working Party on Manufactured Nanomaterials to address this issue and to study the practices of OECD member countries in regards to nanomaterial safety. [2] El Comité de Sustancias y Preparados Químicos OCDE ha establecido el Grupo de Trabajo sobre Fabricado Nanomateriales para abordar esta cuestión y estudiar las prácticas de los países miembros de la OCDE en cuanto a nanomaterial seguridad [2].

While nanomaterials and nanotechnologies are expected to yield numerous health and health care advances, such as more targeted methods of delivering drugs, new cancer therapies, and methods of early detection of diseases, they also may have unwanted effects. [3] Increased toxicity is the main concern associated with manufactured nanoparticles. Si bien los nanomateriales y la nanotecnología se espera que el rendimiento numerosos salud y atención de la salud los avances, como más orientados los métodos de entrega de medicamentos, las nuevas terapias del cáncer, y los métodos de detección precoz de enfermedades, sino que también puede tener efectos no deseados. [3] El aumento de la toxicidad es principal preocupación asociados con las nanopartículas fabricadas.

When materials are made into nanoparticles, their reactivity increases. Cuando los materiales están hechos en nanopartículas, su reactividad aumenta. These more reactive particles can enter the body through the skin, lungs, or digestive tract, and may cause inflammation and damage to the lungs as well as other organs. Estas partículas más reactiva puede entrar al cuerpo a través de la piel, los pulmones, o del tubo digestivo, y puede causar inflamación y daño a los pulmones, así como otros órganos. However, the particles must be absorbed in sufficient quantities in order to pose health risks. [4] Sin embargo, las partículas debe ser absorbida en cantidades suficientes con el fin de plantear riesgos para la salud [4].