Nanotecnologia_aplicaciones_e_implicacio

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Depto. Física, Facultad de Ciencias, LUZ
Escuela de Ing. Industrial, Fac. Ingeniería, URU
Nanotecnología: aplicaciones e implicaciones
José R. Fermin
jfermin70@gmail.com
@ fermin70
Maracaibo 2016
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La unidad fundamental: El NANO-metro
1 nm = 10-9 m
1 nm = 10Å = 10-8 m
1 nm = 0.001µ
e-
∼ 1 Å
1 nm
Atomo de Hidrógeno
≈ 30µ = 30.000nm = 300.000× H
Cabellohumano
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¿Qué es el mundo NANO?
Manipulamos y controlamos la materia 
y sus propiedades a nano escala 
Las zonas de convergencia de la nanotecnología
5
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Nanotecnología: 
Paradigma I - D – I
(Fermin, 2010)
Investigaciónbásica(generar conocimiento, leyesy principios)
Investigaciónaplicada (aplicar las leyesy principios)
Desarrollo de tecnologías(prototipos, patentes)
Producto final IMPACTO
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El ciclo de I & D & I: (Fermin, 2010)
Producto final
IMPACTO
Materia prima
conocimiento
básico 
estructuras 
funcionales 
tecnología 
adoptable 
∼ 1-3 años
∼ 3-5 años ∼ 5-10 años
∼ 1 año
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El IMPACTO del producto final conlleva a 
consecuencias y riesgos
(Fermin, 2010):
1. Científicas
2. Tecnológicas
3. Socio-económicas
4. Éticas
5. Educativas
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10
1959: Richard Feynmann, en una conferenciasobreel futuro de la Investigación
Científica dice: “… los principios de la Físicano impiden la posibilidad de
manipular la materia átomo por átomo…
1976: La FísicafrancesaAgnésOberlin y suGrupo, publican un trabajo reportando
la fabricación de un estructura tubular de Carbono
TEM
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1985: El químico inglésHarry Kroto y suGrupo, descubrenel fulereno
Molécula compleja de C60, en forma de una esferahuecacon los átomosde
carbono formando vértices (12 pentágonosy 20 hexágonos),con diámetro de
algunos nm s. Geométricamente esla molécula con mayor simetría que se
conoce enla naturaleza. El C60 es elcomponente básico delhollín y se le
conocecomúnmente como“ bucky-fullerene”.
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> 1986: Sedescubren nuevasformas del fulereno: C70, C76,…, C540
Los fulerenosy sus derivados pueden actuar como superconductores y 
lubricantes a altas temperaturas y también como catalizadores. 
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1986: Sepublica el libro “Los motores de la creación: la era de la nanotecnología”,
por el Ing. Electrónico Kim Eric Drexler. Recibiría su Ph. D. en 1992
Secrea la base conceptual dela nanotecnología,
asícomosusobjetivos fundamentales.
A partir de aquí comienza la revolución
tecnológica…
La invención del microscopio de
tunelaje (1981) permite el avance
dela nano-tech
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1996: Harry Kroto recibe Premio Nobel por susfulerenos. Posteriormente
esnombrado “Sir” … Termina la controversia sobre la “patente del
C60”…
1991: El Físico japonés S. Ijima publica sobre la síntesis de
estructuras tubulares basadasen la moléculaC60 (Nature 354, 56
(1991)).
…nace el nanotubo…
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Una lámina de grafenode 1 nm, es 100 X más resistente que el 
acero, y tiene propiedades eléctricas interesantes
2004: Los físicos rusos Andrey Geim y Oleg Novoselov aislan
moléculas de GRAFENO (carbono puro) a temperatura
ambiente. Reciben Nobel en2010
grafito
grafeno
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2016: El físico norteamericano Madhu Menon logra sintetizar
una nano-estructura 2D, con las propiedades del grafeno pero
conpropiedadessemiconductores parecidasal Si: Si2BN
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Hacia la miniaturización. Ley de Moore
C
hi
p 
IN
T
E
L
1948
1958
1971 1985
nanotubos
Puntos cuánticos
nanohilos
El parámetro crítico de la tecnología semiconductora
0.05 µ
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Nanoestructuras
y nanofabricación
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Nanoestructurastípicas
Nanopartículas. Magnetos 
moleculares
Granulares
Materiales compuestos. Arreglos 
2D
Nanohilos
Nanotubos
Películas delgadas y multicapas
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Nano-estructuras en LUZ
(1) Nano-capas
(3) Nano-poros (vidrios)
(2) Nano-partículas
Deposición Física de Vapor
Directo
Alterno
Reactivo
Asistido
Esquema básico
N
De la cocina a la mesa
Condiciones de fabricación:
•Target-substrate distance: 9 cm
•Presiónde trabajo: 3.3 x 10-3 Torr (Ar)
•Purezade los elemento: 99.9%
•Ar 99.999%
•Temperatura del substrato :170ºC-200ºC
•Input power: 20 W
•Tasadecrecimiento: 0.1 Å/s -1 Å/s
•Espesores(d):
30Å<d(Fe)<300 Å
•Presiónde base: 1.2 x 10-7 Torr
Cámara de deposición
(horno)
Protocolo de crecimiento
(receta)
Nano-estructura
(Gourmet)
Estructura de una nanoestructuraestratificada
Superficie
interfaces
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Convenios y alianzas
Materiales
Nano-capas
Geles (vidrios)
Nano-partículas
Bacterias
Convenios :
IVIC -FEC
INZIT -LUZ
Propiedades
Magnéticas 
Ópticas
Eléctricas
Estructurales
Térmicas
Vibracionales
Alianzas:
Centro de Magnetismo, Brasil
Depto. de Física y Tecnología, 
UFRGN, Brasil
Univ. Montpellier, Francia
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Contribuciones más recientes
30
Contribuciones más recientes
31
Contribuciones más recientes
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En el hogar
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Nueva generación de cremas de protección solar UV y 
fármacos anti-arrugas, compuestas de nano-partículas 
menores de 100 nm
Ventanas autolimpiantespara viviendas y automóviles. 
Poseen un recubrimiento nanotecnológicoque impide 
acumulación de polvo y suciedades
Utensilios de cocina antisépticos. Están 
recubiertos por bactericidas nanoestructurados
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Industria textil: polímeros inteligentes
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Industria de la construcción: nano-cemento
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Industria automotriz
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Industria alimentaria/producción animal/química
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Ingeniería Industrial/Alimentos: empaques inteligentes
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Industria militar
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Tecnología híbrida/electrónica
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… iPod, iPhone…
La pantalla del iPhone, iPod, etc., esdiseñada
con compuestos nanoestructuradosmenores a
100nm
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Válvula de spin típica (ipod)
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MAGNETO-ELECTRONICA
estructura GMR
NiO
Cu
Si
NiFe
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COMPUTACIÓN CUÁNTICA
45
La nano-célula
46
El bio-Si
Pinnularia sp.
47
Otras tecnologías nano-energéticas
48
La fotocélula de grafeno
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Nano-barras y nano-hilos
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Nano-partículas
51
Nano-botsmédicos
Trazadores nanomagnéticos
Usos médicos
Magnetospirillum
Biomineralización
<D>=50 - 150 nm 52
Biomineralización
Diagnóstico MRI
Tratamiento con drogas magnéticas
25 mg/ml
Partículas biomineralizadas/acido cítrico
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Biomineralización
Magnetotransfección
Carcinoma de útero
Riñon
Ovario
Melanoma
Gliobastoma cerebral
Leucemia
Carcinoma humano
etc
.
.
.
transfección
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Magnetotransfección x transfección
1.- % de célulastransfectadasmayor en comparacióncon la tranfección
estandar: ~ 10x
2.- Tiempo de incubación de la célula menor. Algunos minutos en
comparaciónconhorasdel procedimiento estandar
3.- Tasa de transfección mayores con menores dosis del agente de
tranfección (fuente de DNA): policationes, lípidos, DNA plásmido,
oligonucléotidos,virus, etc.)s
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56
Tecnología vs. Mercado
Hacia la tecnología avanzada
57
Tendencia del mercado de almacenamiento
Nanotecnología vs mercado
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Nanotecnología en el mundo
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El futuro de la nanotecnología
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Riesgosde la nanotecnología
1. La potencia dela nanotecnologíapodría ser la causade una nueva
carrera de armamentosentre dos paísescompetidores. La producción
de armas y aparatos de espionaje podríatener un coste mucho más
bajo que el actual siendoademáslos productos máspequeños, potentes
y numerosos.
2. Incidencia en la economía del 3er Mundo, derivados de la 
producción y de productos baratos, y de sustitución de mano de 
obra
3. Daños al medio ambiente por sobre explotación de 
materiales
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Riesgosde la nanotecnología
4. Los nanomaterialespueden tener incidencias en la salud debido al 
tamaño de estos, los cuales pueden transformarse en especies 
invasivas
5. La insistente búsqueda de mejores antibióticos y la manipulación 
bacteriana puede reforzar la resistencia de muchas especies 
de estas
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Riesgosde la nanotecnología
1. Algunos deestosriesgosson producto de una falta de normativa
jurídica, y otros de demasiadocontrol. Serequerirán distintos tipos
de legislación según cada campo específico. Una respuesta
demasiadarígida o exagerada enestossentidos,podría dar lugara
la aparición de otros riesgosde naturaleza muy distinta. Por lo que
habrá que evitar la tentación de imponer solucionesaparentemente
obviasa problemasaislados.
2. Un único enfoque(comercial, militar, información libre) no podrá
impedir todos estosriesgosde la nanotecnología. El propio alcance
de algunosde los posibles peligrosde la nanotecnologíaestal que, la
sociedad nopodrá asumir el riesgo con la aplicación de distintos
métodospara impedirlo.
3. La propagación de plaga gris sería intolerable, o una carrera
inestable de armas fabricadas con la nanotecnología. Hilar entre
todos los riesgos requiere de un proceso de planificación muy
cuidadoso.
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La PlagaGris
El término fue creado por el pionero de la nanotecnología Erick 
Drexler en su libro Nanotechnology: Enginesof Creation(1986)
La plaga gris serefiere a un hipotético ARMAGEDON provocado por
la nano-biotecnología. Segúnla narración, debido a un accidente,un
conjunto de nano-bots se auto-replican sin control sustituyendo y
consumiendo toda la materia viva del Planeta. La materia es
consumida en la creación de más nano-bots. Los portadores de los
nano-botsseconvierten enZOMBIES tecnológicos…
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CUESTIONARIO
1. ¿Qué es la nanotecnología, cuáles son sus beneficios y sus 
posibles riesgos? 
2. De acuerdo con tu criterio ¿cómo se inserta tu campo de 
estudio dentro de proyectos de nanotecnología?
3. ¿Cuáles han sido los avances más importantes de la 
nanotecnología, que estén relacionados con tu área de 
estudio?
4. En un párrafo de 100-200 palabras, resume los aspectos 
más resaltantes de ésta charla?
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www.academia.edu/
29569916/nanotecnologia_2016.pptx
www.researchgate.net/publication/
309564977_Nanotecnologia_Aplicaciones_e_Implicaciones
http://www.academia.edu/�
http://www.researchgate.net/publication/�
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