26626421

Vista previa del material en texto

Journal of Materials Education 
Universidad Autónoma del Estado de México: University of North Texas
vsm@.uaemex.mx 
ISSN (Versión impresa): 0738-7989
MÉXICO
 
 
 
 
2004 
M. Meyyappan 
EDUCACIÓN Y CAPACITACIÓN EN NANOTECNOLOGÍA 
Journal of Materials Education, año/vol. 26, número 3-4 
Universidad Autónoma del Estado de México: University of North Texas 
Toluca, México 
pp. 329-338 
 
 
 
 
Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
Universidad Autónoma del Estado de México
 
mailto:vsm@.uaemex.mx
http://www.redalyc.org/
 
 
 
 
Journal of Materials Education Vol. 26 (3-4): 329-338 (2004) 
 
 
 
 
 
 
 
EDUCACIÓN Y CAPACITACIÓN EN NANOTECNOLOGÍA 
 
M. Meyyappan 
 
NASA Ames Research Center, Center for Nanotechnology, M/S 229-3, Moffett Field, CA 94035; 
meyya@orbit.arc.nasa.gov; http://www.ipt.arc.nasa.gov 
 
 
RESUMEN 
 
La nanotecnología es considerada alrededor del mundo como la tecnología del siglo XXI, y por lo 
tanto, existe la necesidad imperativa de educar a la generación de futuros científicos e ingenieros 
acerca de este campo en evolución. Este artículo resume un curso de dos unidades sobre la 
introducción a la nanotecnología impartido por el autor en la Universidad de Santa Clara, así como 
de los programas de pasantía en nanotecnología en el Centro de Investigación Ames de la NASA 
para los alumnos de bachillerato, licenciatura y posgrado. 
 
 
1. INTRODUCCIÓN 
 
La nanotecnología trata con la creación de 
materiales, dispositivos y sistemas ÚTILES Y 
FUNCIONALES a través del control de la 
materia a escala nanométrica, digamos por lo 
menos 1-100 nm a una dirección principal. Los 
términos “útil y funcional” son añadidos 
intencionalmente a la definición de la Iniciativa 
Nacional de Nanotecnología de los Estados 
Unidos (NNI por sus siglas en inglés)1 y 
enfatizadas para distinguir de los escenarios de 
ciencia ficción popularizados por novelas y 
artículos periodísticos. La afirmación anterior 
acerca de la escala nanométrica es solamente 
necesaria, pero no una condición suficiente. Si 
la escala de longitud es lo único que importa, 
entonces lo que pasa esencialmente es que 
ahora es que en la industria de circuitos 
integrados de silicón (IC) lo que hacen es 
nanotecnología, ya que colocan dispositivos 
CMOS en escala sub-100 nm; en tal caso 
estaríamos hablando sobre educación en ULSI 
(integración a escala ultra grande), o post-
ULSI, lo que sea que fuere, en lugar de 
educación y capacitación en nanotecnología. 
Estas dos áreas no son sinónimas del todo. Una 
condición de suficiencia sería que la 
nanotecnología es el sacar ventaja del nuevo 
fenómeno y propiedades resultantes de la escala 
nanométrica. De hecho, muchas propiedades, 
entre las que se pueden mencionar las físicas, 
químicas, eléctricas, mecánicas, magnéticas y 
ópticas cambian al acercarse a la nanoescala. 
 
Si un gran número de propiedades cambia 
debido a la nano escala, entonces es fácil 
entender el impacto en el rango del sectores 
económicos: electrónica, computación, 
almacenaje de información, materiales, 
manufactura, salud, medicina, energía 
ambiente, transporte, seguridad nacional, 
exploración del espacio y más. En este sentido, 
la nanotecnología es una tecnología que 
Meyyappan 
Journal of Materials Education Vol. 26 (3-4) 
 
330
proporciona posibilidades, contrario a lo que 
pasa con cualquier tecnología individual. En los 
últimos doscientos años, ha habido pocos 
posibilitadores como los textiles, vías férreas, 
automóviles y computadoras..2 
 
La nanotecnología como un campo unificado ha 
comenzado a recibir mucha información 
después de la revelación de la NNI a principios 
del año 2000. Esta iniciativa dio como resultado 
el apoyo sustancial para investigación básica y 
aplicada sobre la nanociencia y tecnología en 
los Estados Unidos a través de varias agencias 
gubernamentales lideradas por la Fundación 
Nacional de Ciencias (NSF). La NSF también 
ha establecido, a través de la competencia, 
centros de investigación de ciencia e ingeniería 
en varios nano temas en las universidades a lo 
largo y ancho de los Estados Unidos. También 
se han establecido laboratorios de fabricación 
de nanotecnología (Nano fabs) y redes de 
infraestructura. Desde el comienzo, muchos de 
los esfuerzos de los Estados Unidos han sido 
emparejados por aquellos de Japón y países de 
la Unión Europea, y a un menor grado por 
Corea, Taiwán, China, Singapur y Suiza. Al 
hacer dichas inversiones, todos esos países han 
descrito a la nanotecnología como la tecnología 
del siglo XXI. La investigación basada en 
universidades ha comenzado a generar 
propiedad intelectual de gran valor en los 
Estados Unidos. Lo que es la base para nuevas 
empresas. Existe una actividad de capital en 
empresas en el campo en los Estados Unidos y 
parece ser que está creciendo. Además, las 
compañías establecidas pequeñas, medianas y 
grandes se han estado comprometiendo en la 
investigación y desarrollo de la nanotecnología. 
 
Las actividades vigorosas en el campo arriba 
mencionado y el potencial para el futuro 
señalan la necesidad de educar a la futura 
fuerza de trabajo acerca de este campo en 
evolución. Ciertamente, la NSF ha comenzado 
a hacer obligatorio el componente educativo 
complementario en todos los establecimientos 
nanotecnológicos con tamaño de centro. Esto 
ha comenzado a estimular nuevos cursos y 
experiencia en investigación para los alumnos 
de licenciatura en nanotecnología en algunas de 
las mayores universidades de investigación. La 
mayor parte de las universidades no contaban 
con ninguna de éstas al momento en que se 
realizó este trabajo. Ciertamente, ninguna 
universidad en los Estados Unidos ha dedicado 
una licenciatura en ciencias a la ciencia y 
tecnología a nano escala como lo hacen pocas 
universidades en Australia y el Reino Unido.3 
Esto es entendible desde el punto de vista de los 
Estados Unidos y las expectativas societales 
tradicionales, debido a que la existencia de 
industrias y economías establecidas es un 
requisito necesario para emplear a los nuevos 
graduados, lo que determina los campos de 
estudio que una universidad ofrece; esto está 
muy lejos de ser nuestro caso ahora, pero es 
probable que pase en la próxima década. 
Mientras tanto, es importante ofrecer cursos 
electivos y pasantías o programas de 
capacitación para los alumnos de licenciatura 
altamente calificados, y pasantías incluso para 
alumnos de preparatoria. Estos son los temas de 
este artículo. El autor no es un académico pero 
sí un científico y Director del Centro de 
Nanotecnología en un laboratorio nacional. Este 
artículo describe un curso de nanotecnología 
que el autor ha estado presentando en una 
universidad local y un programa de internado 
en nanotecnología bien establecido en su 
laboratorio. Se espera que estos ejemplos sirvan 
como un modelo para aquellos que planean 
establecer dichos programas en sus 
instituciones. 
 
2. CURSO DE NANOTECNOLOGÍA 
 
Antecedentes 
 
El autor ha ofrecido por tres años consecutivos 
el curso “Introducción a la nanotecnología” en 
la Universidad de Santa Clara (SCU). La SCU 
es una universidad privada en el Valle del 
Silicón en el norte de California. Es 
principalmente una institución de enseñanza, 
con un número reducido de alumnos de 
posgrado de tiempo completo. El departamento 
de Ingeniería Eléctrica (EE) es uno de los 
contados departamentos que ofrecen un 
programa de Doctorado. Una fracción 
importante de la población estudiantil proviene 
Educación y capacitación en nanotecnología 
 
Journal of Materials Education Vol. 26 (3-4) 
 
331
de las compañías del Valle de Silicón y consiste 
en estudiantes de edad madura. Este curso es 
principalmente del departamento de EE, a pesar 
de estar unido con ingeniería mecánica. En 
general, el curso ha atraído a pocos alumnos de 
otras especialidades como química, física, ME, 
ChE, pero principalmente EE. Tal mezcolanza 
puede tornarse a veces un retopara el instructor 
tanto en términos de la búsqueda de la 
terminología (lenguaje) y énfasis en las áreas de 
aplicación del programa de estudios. Algunos 
alumnos han sido del Programa de Maestría en 
Dirección de Ingeniería de la SCU. Ellos 
poseen grados de licenciatura en ingeniería y en 
sus clases son tratados como cualquier otro 
alumno. Esto es, a los alumnos de dirección de 
ingeniería no se les da ninguna asignación no 
científica o no técnica, ni se cubren temas 
relacionados con la dirección de ingeniería. La 
principal creencia del autor es que los 
administradores deben tener una fuerte base y 
antecedentes técnicos de lo que están 
administrando. 
 
El curso está abierto a los alumnos de 
licenciatura, principalmente a alumnos de 
último año, debido a que ya deben tener todos 
los requisitos básicos de cursos completos, y 
para los alumnos de licenciatura de primer año. 
Existe un traslape sustancial en el conjunto de 
habilidades de estos dos grupos y, por lo tanto, 
no hay necesidad de distinguir a los dos en 
términos de expectativas o asignación de 
proyectos. El curso contiene dos unidades y la 
SCU opera bajo el sistema de trimestres. Éste 
dura alrededor de once semanas. 
 
Programa de Estudios del Curso 
 
El programa de estudios para el curso de dos 
unidades y el tiempo aproximado para cubrir 
cada tema se mencionan a continuación. El 
número total de horas de contacto por 
instrucción es de cerca de 18 horas durante más 
de diez semanas (con reuniones una vez a la 
semana), con la última semana asignada a 
exámenes o presentación de proyectos. 
 
1. Introducción (45 min.) 
2. Propiedades Nano vs. Masa (2 hr.15 min.) 
3. Herramientas (1 hr.) 
 - Microscopía de Electrón 
 - AFM 
 - STM 
 - Otras técnicas 
4. Técnicas de procesamiento (2 hr.) 
 - Técs. De arriba a abajo 
 - Técs. De abajo a arriba 
5. Nanomateriales 
 - Nanotubos de Carbón (2 hr.30 min.) 
 - Nanocables Inorgánicos (1 hr.) 
 - Otros materiales (1 hr.30 min.) 
6. Nanoelectrónica (3 hr.) 
 - Dispositivos novedosos 
 - Arquitecturas novedosas 
7. Otras áreas de aplicación (2 hr.) 
 - Sensores 
 - Emisión de campo 
 - Dispositivos Termoeléctricos 
8. Nano-bio (2 hr.) 
 
Los detalles de qué es lo que se ve en cada 
sección se proporcionan en el siguiente 
apartado. El tiempo asignado a cada tema es 
aproximado y balanceado entre los 
fundamentos y las aplicaciones. La extensión de 
éste a un curso de tres unidades debería ser 
directa, principalmente al extender la cobertura 
de la mayoría de los temas y/o al añadir temas 
adicionales como lo sería la nano-fotónica. 
 
Lo que es específico de EE en este programa de 
estudios es la sección 6 y de alguna forma de 
énfasis de electrónica, almacenamiento de 
información, y comunicación, cuando se 
discuten las aplicaciones. Este curso puede ser 
modificado para los ingenieros mecánicos al 
reemplazar la sección 6 sobre nanoelectrónica 
con compuestos y en general alternando el 
énfasis a áreas como células de combustible, 
sistemas nano-electromecánicos, nano-
fluídicos, transferencia de calor, termo-
eléctrica, y sistemas de integración. Para la 
especialidad en ciencia de los materiales, 
debería haber un balance entre los dos 
conjuntos de aplicaciones arriba mencionados. 
La última sección sobre nano-bio es 
considerada vital para todas las especialidades. 
En principio, con la nueva ciencia y tecnología 
a nano escala como campo interdisciplinario, no 
Meyyappan 
Journal of Materials Education Vol. 26 (3-4) 
 
332
debería haber ningún énfasis basado en las 
divisiones tradicionales de los departamentos de 
ciencia e ingeniería, por lo menos cuando se 
discuten los fundamentos, propiedades, 
herramientas y procesos; es posible que la 
discusión sobre las áreas de aplicación tiendan a 
dirigirse a las divisiones tradicionales. 
 
Cobertura del Curso 
 
No hay un libro prescrito para este curso debido 
a que no hay ninguno disponible por ahora en el 
mercado. A los alumnos se les proporciona una 
copia de los acetatos del autor. Además, se les 
asignan los artículos y capítulos de libros 
relacionados como lectura. 
 
La clase introductoria cubre la definición de 
nanotecnología, en esencia, de qué se trata el 
campo (y también sobre lo que no es), así como 
su historia. La historia comienza con los 
alfareros chinos y vidrieros venecianos. En este 
sentido, es importante enfatizar que muchas 
tecnologías existentes ya dependen de los 
materiales y procesos a nano escala. La 
fotografía y la catálisis son dos ejemplos 
adicionales de nanotecnologías “antiguas”.1 
Todo esto se desarrolló siglos o décadas atrás, 
como cuando no había la posibilidad de probar 
la materia a nano escala. Como se mencionó 
por los arquitectos de NNI, la mayoría de las 
tecnologías actuales que presentan ejemplos 
exitosos del uso de nanomateriales y han estado 
presentes por largo tiempo, como los ejemplos 
mencionados, fueron descubiertas por 
casualidad.1 En ese tiempo, nadie comprendía 
el papel de la nanoescala, con la comprensión 
vienen las mejoras y el diseño racional de 
materiales y sistemas avanzados. La discusión 
de la perspectiva histórica concluye con la 
conferencia visionaria de Feynman4 y el 
advenimiento de los microscopios de 
escudriñamiento. En la conferencia 
introductoria, se señala el potencial de la 
nanotecnología en varios sectores económicos, 
así como su tecnología facilitadora. 
 
En la discusión sobre las propiedades de la 
nano escala, que indican qué es especial acerca 
de la nano escala y cómo las propiedades son 
diferentes a aquéllas de sus contrapartes de 
masa, yace el fundamento para todo el curso. 
La nano ciencia trata con el “mundo en medio”, 
aquel que se encuentra entre los átomos y las 
moléculas estudiadas en química y sólidos de 
series infinitas de ligaduras de átomos tratadas 
por la física de materia condensada.5 En 
materiales, el grado de localización de los 
electrones de valencia, así como los cambios de 
estructura con tamaño, llevan a diferentes 
propiedades físicas y químicas, dependiendo 
del tamaño. La discusión hizo hincapié en el 
punto de fundición, calor específico, 
conductividad, color, diferencia de banda, 
reactividad de la superficie, propiedades 
ópticas, etc., como función del tamaño.5 El 
cambio de radio de volumen o radio de átomos 
se ilustra con los átomos de superficie vs. 
átomos de masa con el tamaño de partículas y 
correlacionado con reactividad química, 
catálisis, etc. Por ejemplo, se mostró 
recientemente6 que los nanotubos de carbón de 
pared simple (SWNT) tienen un área de 
superficie de ~1600 m2/g. El hecho de que el 
área de superficie sea de 4 gms de los 
nanotubos es similar a lo que el campo de 
fútbol ilustra con el impacto del uso de tales 
nanomateriales como apoyos catalíticos y 
adsorción de gas. En esta sección, también se 
dan varias definiciones sobre clusters, coloide, 
nano partículas, nano cristales, nano cápsulas, 
materiales nano porosos, nano fibras, nano 
cables y puntos quantum. Se proporciona un 
rápido antecedente de la adsorción, incluyendo 
isotérmicos de adsorción para recordar lo que se 
aprendió en los cursos de química física 
anteriores. Esto se realiza en conjunto con la 
discusión sobre la gran área de los 
nanomateriales para enfatizar las aplicaciones 
en catálisis, sorbentes, etcétera. 
 
La sección tres trata con las herramientas, 
principalmente para técnicas de representación. 
Se proporciona una breve introducción a los 
microscopios ópticos, de escaneo y transmisión 
de electrones, seguida por una discusión 
detallada de la fuerza atómica y de los 
microscopios de escaneo de túnel. Las técnicas 
especializadas de representación utilizadas en 
caracterización de materiales tales como la 
Educación y capacitación en nanotecnología 
 
Journal of Materials Education Vol. 26 (3-4) 
 
333
espectropía Raman, FTIR, espectropía UV-
VIS-NIR y otras técnicas analíticas no son 
cubiertas aquí, pero pueden incluirse en el 
programa de semestrede tres unidades. 
 
La sección 4 aborda las técnicas de 
procesamiento de arriba hacia abajo 
(brevemente) y de abajo hacia arriba. Los 
mecanismos de arriba hacia abajo están siendo 
utilizados en el crecimiento/preparación de 
nanomateriales, así como en la fabricación de 
nano dispositivos. A pesar de que este grupo de 
alumnos tiene antecedentes generales en la 
fabricación de micro electrónica, una rápida 
revisión sobre CVD, procesamiento de plasma, 
etc., por otra parte, la mayor carga de esta 
sección está en técnicas tales como auto 
ensamblaje, procesamiento de so-gel, impresión 
en 3-D, etcétera. 
 
El siguiente paso es una discusión sobre varios 
nanomateriales con nanotubos de carbón 
(CNTs) siendo el primer candidato. Los CNTs 
han generado un impresionante nivel de 
exitación debido a sus únicas propiedades 
eléctricas y extraordinarias propiedades 
mecánicas.7 Se presenta primero su relación con 
el grafito y estructura fullerena y helicidad, y 
después se da una discusión acerca de las 
propiedades pues ya sabemos sobre la teoría y 
las medidas. Se utilizan videos8 que muestran lo 
que pasa cuando un nanotubo es doblado, 
comprimido, estirado o torcido, para ilustrar las 
propiedades mecánicas. En la preparación de 
CNT, se cubre brevemente lo que es separación 
por láser y síntesis de arco, seguido por una 
plática más profunda sobre métodos basados en 
CVD y plasma CVD. Un aspecto importante 
del crecimiento de CNT es el papel que juega la 
catálisis de transición de metal y la cobertura 
incluye técnicas de preparación de catálisis 
(basadas en solución vs. métodos físicos tales 
como la evaporación), mecanismos de 
crecimiento (crecimiento de punta vs. 
crecimiento de base, contaminación de 
catalizador), efecto en el diámetro de la 
partícula de catalizador y grosor de la pared del 
crecimiento de CNT, la relación con materiales 
de generaciones anteriores tales como las fibras 
de carbono y filamentos. 
Las aplicaciones se enfocan en un aspecto 
importante de esta sección y comienza con el 
uso de los CNTs en las investigaciones de 
escaneo.7 Se cubren las aplicaciones en la 
representación de películas delgadas metálicas, 
dieléctricas y semiconductoras en metrología, 
en la representación de materiales biológicos en 
forma seca, así como en su ambiente acuoso 
natural, y profilometría en procesamiento de 
semiconductores. Se hacen distinciones entre 
las pruebas convencionales y las pruebas CNT 
en términos de la resolución y robustez. La 
siguiente aplicación se relaciona con la nano 
electrónica en la computación y el 
almacenamiento de información7. Aquí, se 
introducen las configuraciones anteriores de 
CNT basadas en diodos, transistores y 
elementos simples con un gran énfasis en sus 
limitaciones. Otras aplicaciones incluyen 
emisión de campo y sensores con una cobertura 
más ligera sobre las aplicaciones de compuestos 
y estructurales. 
 
La discusión sobre los nano cables inorgánicos 
comienza con la diferencia en las características 
entre los cables unidimensionales y películas 
delgadas de dos dimensiones. Los resultados de 
la espectropía de Raman y otras técnicas que 
comparan muestras de masa, películas delgadas 
y nano cables de óxido de zinc se utilizan para 
ilustrar las diferencias. Se mencionan también 
varios métodos para preparar nano cables, 
enfatizando el método de vapor-líquido-sólido, 
ya que parece ser el más mencionado en la 
literatura.9 Se cubren las aplicaciones 
relacionadas con los dispositivos, incluyendo 
transistores verticales,10 láser y sensores. Es 
importante que nos demos cuenta de que un 
óxido de alta temperatura tal como el óxido de 
estaño en su encarnación de dos dimensiones ha 
sido largamente apoyado por sensores químicos 
en la forma de los llamados transistores de 
efecto de campo químico (CHEMFET) y, por lo 
tanto, se necesita hacer una conexión para el 
uso de la configuración 1-d en términos de 
sensibilidad, densidad de integración, 
fabricación y otras ventajas, si es que existen. 
La sección de nano electrónica comienza con el 
progreso anticipado de la tecnología Si SMOS y 
bloqueos de acuerdo con la Guía Básica11 de la 
Meyyappan 
Journal of Materials Education Vol. 26 (3-4) 
 
334
Asociación Industrial de Semiconductores 
(SIA) y a la asignación de lectura de un 
artículo12 sobre este tema, junto con las nuevas 
tecnologías que aparecen en la Revista de 
Circuitos y Dispositivos IEEE. La expectación 
de las nuevas alternativas es enfatizada en 
términos del costo de manufactura, alto 
mecanismo actual, confiabilidad, tiempo de 
vida, número de transistores por chip y temas 
de disipación de calor. Los transistores de la 
puerta vertical superior de calor10 y de la puerta 
vertical circundante que utilizan nano cables 
pueden cumplir con algunas de las métricas de 
la SIA al utilizar un material conocido, tal como 
el silicón. Más allá de eso, los materiales 
alternativos como los CNTs y las moléculas 
orgánicas en electrónica son introducidos 
seguidos de arquitecturas alternativas (a 
CMOS) tales como las tolerantes a fallas, 
neurales, y arquitecturas evolutivas, así como 
variables de estado alternativas como los 
electrones espín. 
 
Otras de las áreas clave que se beneficia de la 
nanotecnología incluyen a los sensores: bio, 
físicos y químicos. Las variables incluyen 
temperatura, carga, masa, conductividad y un 
anfitrión para otras propiedades con la 
naturaleza de las señales que van desde 
eléctricas, a electromecánicas a ópticas. A pesar 
de que el principio de fabricación y operación 
de sensores simple es discutido, el énfasis se 
torna hacia el sistema de integración. Las 
emisiones de campo es otra de las aplicaciones 
importantes cubiertas, además de la 
refrigeración termoeléctrica, catálisis y 
almacenamiento y adsorción de gas. 
 
La sección final sobre la nano-bio comienza 
con las bases de DNA, chips de DNA, 
electroforesis de gel, y artefactos integrados 
por el análisis de DNA. Después de esta 
introducción, la cobertura incluye 
conductividad y computación de DNA. El 
trabajo pionero de Adleman13 se discute en 
detalle, resaltando el problema Hamiltoniano 
del camino. Otros temas en esta sección 
incluyen el transporte a través de canales 
iónicos, construcción de canales iónicos, 
secuenciación de genes utilizando biosensores y 
nano poros sintéticos. 
 
Asignación de proyecto 
 
En este curso, no se dejan asignaciones como 
tareas y tampoco hay exámenes parciales ni 
finales. A cada alumno se le asigna un proyecto 
y la calificación del curso está basada 
solamente en el reporte del proyecto la 
presentación oral. Las asignaciones se realizan 
en el primer encuentro del año, por lo tanto, los 
alumnos tienen las diez semanas para realizar 
su proyecto. A lo largo del periodo, ellos 
pueden recibir ayuda por parte del instructor 
cuando así lo requieran. Las presentaciones, las 
cuales tienen una duración aproximada de 
quince minutos incluyendo sesión de preguntas, 
se programan durante la semana de exámenes al 
final del curso. Se espera que el proyecto tenga 
una extensión de 10-15 páginas, incluyendo 
tablas, dibujos y referencias. La siguiente lista 
es un ejemplo de los proyectos asignados. 
 
 Computación quantum 
 Arquitectura tolerante a defectos 
 Hardware evolutivo 
 Arquitectura neural para computadoras 
 Transistores basados en giros 
 Electónica molecular 
 Nanotecnología en fotónica 
 Puntos Quantum 
 Electrónica plástica 
 Litografía profunda 
 Litografía suave 
 Sensores biomédicos 
 Nano tubos peptidos 
 Dendrimers 
 Procesos de auto ensamblaje 
 Nanofluídicos 
 Materiales nano compatibles para 
transplantes 
 Nano electrodos para aplicaciones 
biomédicas y de detectación 
 Sistemas nano mecánicos 
 Nanotecnología en la invención de drogas 
 Biosensores para seguridad del hogar 
 
La asignación de proyecto no involucra ningún 
trabajo experimental; en su lugar se espera que 
Educación y capacitación en nanotecnología 
 
Journal of MaterialsEducation Vol. 26 (3-4) 
 
335
los alumnos exploren este como propuesta de 
investigación. La visión no está fija solamente 
en búsqueda bibliográfica y regurgitación, pero 
la formación de una opinión informada sobre 
los acontecimientos actuales y los retos en el 
campo y posibles vías de solución. Tomando 
las pruebas de nanotubos de carbón en AFM 
como ejemplo,14 lo que se espera como 
asignación de proyecto es la siguiente: 
 
 
 ¿Cómo se realiza actualmente la 
representación de varios materiales? 
¿Cuáles son las limitantes? 
 ¿Cuáles son los requisitos de metrología en 
la dimensión crítica de la guía básica de la 
SIA? 
 ¿En dónde encaja la metrología basada en 
AFM en el esquema actual sobre 
representación y metrología? 
 ¿Cómo trabaja un AFM? 
 ¿Cómo se fabrica un AFM convencional? 
¿Cuál es su nivel de rendimiento? 
 ¿Cuál es la retroalimentación del usuario en 
pruebas convecionales en términos de 
resolución, longevidad, etc.? ¿Cómo se 
equipara el rendimiento con la expectativa? 
¿Cuáles son las ventajas percibidas de 
utilizar nantotubos para las pruebas? 
 ¿Cómo se fabrica una prueba CNT? 
 ¿Datos en su rendimiento para la 
representación de varios materiales? 
 ¿Cuáles son los temas asociados con 
resolución, interpretación de resultados, 
robustez, uso general? ¿Posibles 
soluciones? 
 ¿Cómo abordarías la fabricación a gran 
escala de estas pruebas CNT? 
 ¿Qué aspecto puede ser acometido en una 
tesis de Maestría? 
 
Declarar el nivel de expectación como se 
describe arriba es importante para permitir a los 
alumnos juzgar la carga de trabajo, métodos de 
investigación, etc. Se advierte a los alumnos en 
el uso extensivo o exclusivo del buscador 
Google. Esto generalmente no es un problema 
ya que la los resultados de la mayoría de las 
búsquedas son más documentos de reportajes 
de noticias sobre el tema y no artículos 
revisados en revistas de archivo. 
 
3. CAPACITACIÓN EN 
NANOTECNOLOGÍA 
 
Mientras que los cursos están pensados para 
introducir el tema a un gran número de 
alumnos, las oportunidades de pasantías para 
algunos cuantos alumnos con excelentes 
habilidades les ayuda a prepararse hacia una 
carrera en investigación. Comenzamos en 1998 
con un programa de pasantías para la escuela 
preparatoria y alumnos de licenciatura. En cada 
categoría, cerca de 10 alumnos son recibidos 
durante 10 semanas durante el verano. El 
Programa de Alumnos de Licenciatura (URSP, 
por sus siglas en inglés) y el Programa de 
Investigación para Alumnos de Preparatoria 
(HSRP, por sus siglas en inglés) son 
administrados por la Oficina de Educación 
Ames de la NASA (http://education.arc.nasa. 
gov). La selección se realiza en una base 
competitiva para los alumnos candidatos en 
todo Estados Unidos. Estas son pasantías 
pagadas y el alojamiento en el campus es 
posible. 
 
A cada alumno se le asigna un proyecto y un 
mentor de un grupo que consiste en 60 
científicos que trabajan en varios aspectos de la 
nanotecnología. El Centro Ames para la 
Nanotecnología de la NASA (NACNT) es un 
grupo interdisciplinario de físicos, químicos, 
biólogos moleculares, ingenieros eléctricos, 
ingenieros químicos, ingenieros mecánicos, 
ingenieros químicos, científicos de materiales, y 
científicos en computación. La investigación en 
materiales consiste en nanotubos de carbón, 
nano cables inorgánicos, moléculas orgánicas 
para lógica y memoria, y estructuras basadas en 
proteínas. El foco de la aplicación consiste en la 
electrónica, computación, almacenaje de 
información, optoelectrónica, bio-sensores y 
sensores químicos, nano láser, adsorción y 
almacenaje de gas, interconexiones de nano 
tubos de carbón, administración térmica, 
nanotecnología en chip de gen y secuenciación 
de genes, y dispositivos biomédicos. Este 
portafolio ofrece un amplio rango de temas de 
Meyyappan 
Journal of Materials Education Vol. 26 (3-4) 
 
336
donde el alumno puede escoger dependiendo de 
su interés y campo de estudio. 
 
La mayoría de los proyectos de los alumnos son 
experimentales en su naturaleza, sin embargo, 
en raras ocasiones se asignan proyectos 
computacionales si el interés y las aptitudes así 
lo permiten. Se sabe que los alumnos de 
preparatoria con edades de entre 16 y 18 años e 
incluso algunos alumnos de primer año de 
licenciatura no tendrán los suficientes 
antecedentes o el trabajo de cursos necesarios 
para la investigación en los temas mencionados 
arriba. Se les invita a leer investigaciones 
relevantes durante su estadía, pero que 
comiencen a trabajar en el laboratorio tan 
pronto como pase la sesión de capacitación 
sobre seguridad. Muchas de sus experiencias 
anteriores involucran preparación de muestras, 
operación de un CVD o reactor de plasma para 
crecer nano tubo o nano cables, microscopia de 
escaneo por electrones, caracterización eléctrica 
y operaciones y procedimientos similares. 
 
Al principio, se les presenta a los alumnos una 
meta para su proyecto para que puedan trabajar 
en pos de un fin, y no solamente como 
ayudantes. Esto también motiva esfuerzos 
independientes con ayuda ocasional del mentor, 
quien es buscado cuando se le necesita, 
supervisión relacionada con la seguridad, y 
ayuda para explicar los resultados. Un ejemplo 
de esto es el proyecto de preparatoria que 
involucra un estudio paramétrico de variables 
de crecimiento en características de nano tubo 
de carbón de paredes múltiples. Los parámetros 
en un proceso PECVD incluyen poder 
inductivo, alteración de sustrato, presión y 
composición/rango de flujo de alimentación 
almacenada. El resultado esperado es la 
habilidad de hacer crecer nano tubos verticales, 
individuales que se sostengan por sí solos. El 
esfuerzo comienza con la preparación de una 
delgada capa de catalizador de hierro salpicado 
sobre un sustrato de silicón, la preparación del 
reactor para crecimiento (evacuar al alto vacío, 
calentar a la temperatura deseada), el 
crecimiento por un tiempo determinado y la 
inspección de la muestra utilizando SEM. La 
inspección visual de las paredes de la cámara 
cada cierto tiempo es vital para evitar 
contaminación por acumulación de carbón 
amorfo. A esto le sigue un procedimiento de 
limpieza de la cámara utilizando plasma de 
oxígeno. El proyecto en general estuvo bien 
dentro de los alcances de un alumno brillante de 
preparatoria. Aunando otros resultados de 
caracterización por parte del mentor y colegas, 
el esfuerzo dio como resultado un artículo de 
revista1.5 
 
Los alumnos asisten a reuniones grupales una 
vez a la semana en donde tienen la oportunidad 
de aprender más por osmosis. Durante la última 
semana los internos realizan presentaciones 
orales en la reunión grupal de NACNT, al igual 
que frente a sus compañeros en una reunión 
general de internos de la NASA. Además, ellos 
deben preparar un reporte en el que describan 
su trabajo. Estos requisitos proporcionan 
capacitación en presentaciones públicas, 
composición de reportes, investigación 
bibliográfica, evaluar sus trabajos en contra de 
resultados publicados y encontrar el contexto de 
su trabajo en el campo general. 
 
Los HSRP y USRP han sido tremendamente 
exitosas. La mayoría de los alumnos han tenido 
publicaciones en coautoría con algunos 
mentores. Un número de alumnos han 
regresado a Ames por uno o dos años más 
debido a que han valorado sus experiencias. 
Invariablemente, cada alumno de escuela 
preparatoria del HRSP se ha inscrito en alguna 
universidad líder, cursando especialidades en 
ciencias o ingeniería, y cada alumno del URSP 
se ha inscrito en alguna escuela de graduados. 
Además de este esfuerzo, los alumnos que 
todavía no se gradúan de las universidades 
locales participan en actividades de 
investigación durante el año escolar; el 
programa es más flexible durante el año escolar 
para acomodar los horarios de clase. Otros 
elementos son muy similares al programa de 
verano. 
 
En todos los programas arriba mencionados, 
existe un esfuerzo mayor para reclutar a los 
alumnosde los Colegios y Universidades 
Históricamente de Color (HBCUs por sus siglas 
Educación y capacitación en nanotecnología 
 
Journal of Materials Education Vol. 26 (3-4) 
 
337
en inglés). Además de los programas 
patrocinados por la NASA, la Asociación 
Nacional para la Igualdad de Oportunidades 
(NAFEO por sus siglas en inglés) patrocina16 
alumnos de preparatoria y licenciatura, así 
como a maestros de las HBCUs para que 
participen en los programas de investigación 
sobre nanotecnología de la NASA. 
 
Otras actividades educativas en NACNT 
incluyen programas17 de investigación por parte 
de alumnos graduados, los cuales involucran el 
albergue de alumnos de universidades 
colaboradoras y de visitas durante el veranos de 
profesores, administrados por la Asociación 
Americana de Avances en la Ciencia;17 estos 
programas proporcionan a los alumnos de 
USRP y HRSP las oportunidades de interactuar 
con alumnos graduados y profesores, y 
aprender más acerca de los programas de 
educación superior. Como parte de estas 
actividades educativas, se ha desarrollado una 
transmisión vía Internet18 de la Introducción a 
la Nanotecnología para los alumnos de 
preparatoria y de colegios comunitarios, y se 
está llevando a cabo el desarrollo de 
herramientas educativas interactivas sobre 
nanotecnología para K-12.G 
 
4. RESUMEN 
 
Se espera que la nanotecnología, como 
tecnología facilitadora, tenga un impacto en 
todos lo sectores de la economía en el siglo 21, 
comenzando en una década aproximadamente. 
Existe una necesidad urgente de educar a la 
futura fuerza de trabajo acerca de este campo en 
evolución. La universidades de investigación 
con su profesorado activamente involucrado en 
la investigación sobre nanotecnología tienen la 
experiencia suficiente para armar y ofrecer 
cursos en este campo como se ha hecho 
evidente por la tendencia de los últimos años. 
Típicamente estos cursos se realizan al nivel de 
maestría y ocasionalmente como cursos 
electivos al nivel de licenciatura. Es importante 
hacer extensivas estas oportunidades a 
universidades y colegios pequeños que no se 
dediquen a la investigación. Esto se puede 
lograr de varias formas: científicos e ingenieros 
profesionales enseñando como instructores 
adjuntos en dichas universidades, posiblemente 
una lista de cursos compartidos a través de 
asociaciones estratégicas, y un método de 
enseñanza a distancia a través de video o 
Internet. Las universidades grandes con centros 
establecidos de nanotecnología también pueden 
ofrecer el mismo curso durante el verano para 
las preparatorias y profesores de colegios 
comunitarios. En este artículo, se ha descrito el 
curso de dos unidades sobre nanotecnología 
como un posible modelo. También se han 
discutido los programas de pasantía en 
nanotecnología para reclutar a los alumnos de 
preparatoria y licenciatura con grandes 
habilidades. Estos programas están diseñados 
para que los alumnos jóvenes sigan interesados 
en la ciencia y la ingeniería, y para que persigan 
carreras en investigación. 
 
RECONOCIMIENTOS 
 
Este artículo está basado en una plática 
presentada en el Simposio de Primavera MRS 
del 2004. El autor agradece al Profesor Cary 
Yang de SCU cuya persistencia los llevó a 
enseñar el curso sobre nanotecnología. El autor 
también agradece a Charlie Bauschlicher, Alan 
Cassell, Bishun Khare, Jing Li, Jun Li, Cattien 
Nguyen, Ramsey Stevens, Deepak Srivastava y 
otros miembros de NACNT por trabajar como 
mentores para los alumnos internos, a Harry 
Partridge por poner en funcionamiento el 
programa de pasantía, y a la Oficina de 
Educación de NASA Ames y NAFEO por 
patrocinar a los investigadores. 
 
REFERENCIAS 
 
1. Nanotechnology Research Directions, 
IWGN Workshop Report, eds. M.C. Roco, 
R.S. Williams y P. Alivisatos, Kluwer 
Academic Publishers (2000). 
 
2. Norman Poire, Merrill Lynch, Red Herring 
2002. 
 
3. E.g., Flinders University, Australia; Int. J. 
Eng. Education, 18, 512 (2002). 
 
 
Meyyappan 
Journal of Materials Education Vol. 26 (3-4) 
 
338
4. R.P. Feynman, There is Plenty of Room at 
the Bottom, in Miniaturization, Reinhold, 
New York (1961); (Esta es la versión 
publicada de la conferencia de 1959). 
 
5. Nanoscale Materials in Chemistry, ed. K.J. 
Klabunde, Wiley (2001). 
 
6. M. Cinke, J. Li, B. Chen, A. Cassell, L. 
Delzeit, J. Han y M. Meyyappan, Chem. 
Phys. Lett., 365, 69 (2002). 
 
7. Carbon Nanotubes: Science and 
Applications, ed. M. Meyyappan, CRC 
Press, Boca Raton, Florida (2004). 
 
8. http://www.ipt.arc.nasa.gov, vaya a la 
galería de nanotecnología para ver varios 
videos. 
 
9. Nanowires and Nanobelts, ed. Z.L. Wang, 
Kluwer Academic Publishers (2003). 
 
10. P. Nguyen, H.T. Ng, T. Yamada, M.K. 
Smith, J. Li, J. Han y M. Meyyappan, 
Nano Lett., 4, 651 (2004). 
 
11. International Technology Roadmap for 
Semiconductors, Semiconductor Industry 
Association, San José, California, 2001; 
ver http://www.itrs.net. 
 
12. J. Hutchby, G.I. Bourianoff, V.V. Zhirnov 
y J.E. Brewer, IEEE Cir. and Dev., p. 28, 
marzo 2002. 
 
13. L. Adelman, On Constructing a Molecular 
Computer: DNA Based Computers, ed. R. 
Lipton y E. Baum, DIMACS: Series in 
Discrete Mathematics and Theoretical 
Computer Science, American 
Mathematical Society (1996). 
 
14. Este tema fue asignado como proyecto 
durante el primer año cuando todavía el 
autor no lo cubría más extensamente en el 
curso. Como regla, los temas cubiertos 
considerablemente no son asignados como 
proyectos. 
 
15. K. Matthews, B.A. Cruden, B. Chen, M. 
Meyyappan y L. Delzeit, J. Nanosci. 
Nanotech., 2, 475 (2002). 
 
16. http://nafeo.org 
 
17. http://education.arc.nasa.gov 
 
18. http://cictedu.arc.nasa.gov