Nanociência e Nanotecnologia

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Introducción a la nanociencia y
nanotecnología
Como hombres, siempre nos atrajo y nos maravilló lo que no podemos entender.
Desde lo inabarcable, lo masivo, lo extenso. Desde estrellas, galaxias y nebulosas, hasta lo mínimo, lo sutil, lo
leve de lo que no podemos tocar pero nos forma, las células, los virus, las proteínas, las moléculas individuales
y, finalmente, la maravilla y el misterio del átomo aislado.
Sitio: Nano U
Curso: Introducción a las Nanociencias y a las Nanotecnologías
Libro: Introducción a la nanociencia y nanotecnología
Imprimido por:German Enrique Gracia
Día: miércoles, 16 de septiembre de 2015, 09:01
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Tabla de contenidos
1 Introducción a la nanociencia y nanotecnología
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Figura 1. Galaxias y nebulosas
Figura 2. E. Coli observado utilizando microscopía
electrónica
1 Introducción a la nanociencia y nanotecnología
Pablo A. González / Javier Amalvy / Vera A. Alvarez
Como hombres, siempre nos atrajo y nos maravilló lo que no podemos entender. 
Desde lo inabarcable, lo masivo, lo extenso. Desde estrellas, galaxias y nebulosas, hasta lo mínimo, lo sutil, lo
leve de lo que no podemos tocar pero nos forma, las células, los virus, las proteínas, las moléculas individuales
y, finalmente, la maravilla y el misterio del átomo aislado.
Lo enorme es tan fascinante como lo diminuto, y la
única constante es la otredad. Lo ajeno en la escala.
La misma imposibilidad que tenemos de
relacionarnos con una estrella la tenemos de
relacionarnos con un átomo, o así era, hasta la
llegada de la nanotecnología.
Lo nano
La nanotecnología se apoderó del inconsciente
colectivo en la forma más alquímica, en lo vago de
responder simplemente ‘la ciencia de lo muy
pequeño’, pero nunca entender qué tan pequeño es
lo “pequeño”.
¿Estamos hablando de algo tan pequeño como un átomo? ¿Hablamos de los componentes fundamentales de la
materia? Hablamos del equilibrio entre protones, neutrones y electrones? No necesariamente, este campo le
corresponde a la física cuántica, a la física de altas energías. Este es el dominio de los físicos de altas energías
y los aceleradores de partículas.
¿Hablamos entonces de células, bacterias y microorganismos? No, de nuevo estamos fuera de escala, pero
ahora por encima. Este campo les corresponde a los biólogos o los médicos.
Un nanómetro es la milmillónesima parte del metro.
La palabra “nano” viene del griego enano y
significa pequeño. A modo comparativo un glóbulo
rojo humano mide aproximadamente 10.000 nm;
una célula de E. Coli (la bacteria presente en la
materia fecal) 1.000 nm, un célula viral 100 nm y
un ovillo o cadena enrollada de un polímero de 40
nm. A esta escala las propiedades físicas, químicas
y biológicas de los materiales difieren de las
correspondientes a átomos o moléculas y de la
materia a granel. 
Para pensar en un nanómetro, podemos pensar que
es algo tan pequeño que es lo que crece la barba
entre que un hombre termina de pasar la afeitadora
por su cara y que pone esa misma afeitadora bajo la
canilla del baño.
En la Figura 3 se muestra la escala desde metros a nanómetros junto con cosas representativas de cada una de
esas mediciones.
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Figura 3. Escalas desde el Armstrong al micrón y materiales representativos de cada una de ellas.
Frecuentemente se mencionan términos tales como compuestos nanocristalinos, nanomateriales,
nanoestructuras, nanocompósitos, nanotecnología, nanociencia, nanotubos, nanopartículas, nanovarillas,
nanoresortes y casi un listado infinito de palabras con el prefijo nano que involucra al nanómetro (1
nanómetro es la billonésima parte del metro). Estos términos están englobados en la nanotecnología y que se
define, en general, como la investigación y el desarrollo a escala nanométrica y se la relaciona con la
fabricación de dispositivos miniaturizados, capaces, por ejemplo, de circular por el cuerpo humano o de
producir nanosoportes sobre los cuales se pueden conectar circuitos electrónicos. Como materiales
nanoparticulados se definen, en cambio, aquéllos cuyas partículas discretas tienen un diámetro por debajo de
los 100 nm en el caso que éstas sean esféricas; cuando se refiere a nanotubos o nanohilos la dimensión mayor
se considera de hasta 200 nm [European Comisión 2003]. Referirse sólo al tamaño para caracterizarlos
conduciría a una visión incompleta y parcial de los nanomateriales ya que presentan propiedades inusuales,
muy diferentes a las que conocemos en normalmente en nuestra escala macroscópica o macroescala. Los
nanomateriales son materiales que deben sus propiedades a una organización interior en una escala
nanométrica o en la nanoescala (ver capitulo Importancia de los átomos en la superficie). 
Se comenzó a hablar de nanotecnología en los años ochenta, sin embargo, algunos nanomateriales eran ya
empleados hace 2000 años (ver capitulo Prehistoria de la Nanotecnología). Un ejemplo muy conocido es el de
la copa de vidrio de Licurgo (Roma, siglo IV A.C.), hoy expuesta en el Museo Británico [Liz-Marzan 2004,
Berry 2003]. La copa cambia de color de acuerdo con la incidencia de la luz sobre la misma; observada con
luz reflejada aparece verde, e iluminada desde su interior, la luz transmitida a través del vidrio hace que se la
vea roja. El análisis del vidrio permitió revelar que contenía partículas muy pequeñas (~70 nm) de plata y oro,
en una proporción molar de 14:1 y, es justamente el tamaño de esas partículas en suspensión, lo que confiere
al vidrio los diferentes colores. 
Además de este ejemplo de nanocompuesto
obtenido de forma casual, podemos citar otros con
bases intencionales: la fabricación de partículas de
negro de humo y la obtención de dióxido de silicio
“fumé”, en los años cuarenta. Esta época marca
quizás la iniciación real de la era nanotecnológica. 
Sin embargo, el término nanotecnología ha ido
evolucionando y se ha llegado a definiciones bien
establecidas. La National Nanotechnology Initiative
Strategic Plan de los Estados Unidos de
Norteamérica, define nanotecnología como [NNI
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Figura 4. Copa deLycurgusStrategic Plan 2007]:
“Nanotecnología es el entendimiento y el control
de la materia en dimensiones, aproximadamente, desde 1 a 100 nanómetros, donde fenómenos únicos
permiten nuevas aplicaciones. Comprende la ciencia a nanoescala, ingeniería y tecnología, incluye la
obtención de imágenes, medidas, modelado y manipulación de la materia en esa escala”.
La I+D en nanotecnología está dirigida directamente al entendimiento y creación de materiales mejorados,
aparatos y sistemas que explotan esas nuevas propiedades. El estudio de las propiedades de los objetos y
fenómenos a escala nanométrica se denomina en forma general como nanociencia. Creando estructuras a la
escala del nanómetro, es posible controlar propiedades fundamentales de los materiales, tales como punto de
fusión, propiedades magnéticas, capacidad de carga eléctrica, incluyendo cambios del color, y sin cambiar la
composición química del material. Haciendo uso de este potencial es que se han desarrollado y se desarrollan
productos de altas prestaciones no disponibles con tecnologías anteriores.
¿Que son las nanopartículas? Las nanopartículas son objetos que tienen escala nanométrica en los 3 ejes. En
cambio, los nanocables, nanotubos, nanobarras, viriones, proteínas, ADN, poseen dos dimensiones por debajo
de los 100 nm. Por último, existen las nanoláminas y los nanofilms, donde tenemos solo una dimensión
nanométrica, pero aun así nosencontramos en presencia de objetos que corresponden al ámbito de las
nanociencias.
Otra forma de acotar lo nano puede ser funcional, y tiene que ver con cómo la escala nanométrica presenta
propiedades físicas, químicas y ópticas particulares para su dimensión. Esa es la definición que
consideraremos.
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