Nanotecnologia Equipo D PDF

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Instituto Politécnico NacionalUnidad Profesional Interdisciplinaria deIngenieríay Ciencias Sociales y AdministrativasTecnología de MaterialesEsquivel Granados AlbertoEquipo D✓ López Rivera Aztli Jimena✓ Morales Coronado Rodrigo✓ Negrellos Urrutia Alfonso✓ Pimentel Tecpa Ana Laura✓ Rivera Grande Jose...

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Instituto Politécnico Nacional Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y Administrativas Tecnología de Materiales Esquivel Granados Alberto Equipo D ✓ López Rivera Aztli Jimena ✓ Morales Coronado Rodrigo ✓ Negrellos Urrutia Alfonso ✓ Pimentel Tecpa Ana Laura ✓ Rivera Grande Jose Luis Trabajo de Investigación Nanotecnología

AD 10

Introducción……………………………….Pagina 3 Nanotecnología………………..Pagina 4 ¿Qué es?.......................................Pagina 4 ¿Cómo? .....................................Pagina 4 ¿Cuándo?..................................Pagina 5 ¿Dónde?................................Pagina 6 ¿Por qué?...................................Pagina 6 ¿Para qué?................................Pagina 7 Nanomateriales……………………….Pagina 9 ¿Qué son?..................................Pagina 9 ¿Cómo se pueden identificar?......................Pagina 9 ¿Cómo se puede medir la exposición a nanomateriales?.....................Pagina 10 ¿Cuáles son los efectos potenciales de los nanomateriales en la salud?..............Pagina 11 ¿Hasta qué punto podemos evaluar los riesgos derivados de los nanomateriales?................Pagina 11 ¿Cuáles son los posibles efectos ambientales de los nanomateriales………..Pagina 13 Aplicaciones……………………………Pagina 14 Conclusiones……………………………………………….Pagina 17 Bibliografía…………………………………Pagina 20

Se pretende aprender los conocimientos básicos de Nanotecnología, constituyen la base de conocimientos que debe tener un Ingeniero. Se tiene como finalidad que el estudiante comprenda la naturaleza de los materiales a nivel de nanoescala, su composición química y propiedades. En particular, que se comprenda los conceptos básicos de la Nanotecnología desde su estructura, así como las principales vías de formación y reacciones que estos materiales experimentan. Asimismo, aprender los fundamentos de algunas aplicaciones en el área a nivel nanoscópico. La nanotecnología es un campo de las ciencias aplicadas dedicado al control y manipulación de la materia a una escala menor que un micrómetro, es decir, a nivel de átomos y moléculas (nano materiales). Nano- es un prefijo griego que indica una medida, no un objeto, de manera que la nanotecnología se caracteriza por ser un campo esencialmente multidisciplinar, y cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que trabaja

¿ La nanotecnología es la ciencia de manipular la materia a una escala atómica y molecular para resolver problemas. La nanotecnología es una ciencia aplicada al desarrollo, con el potencial de hacer contribuciones significativas en muchos campos, incluyendo la ingeniería, la informática y la medicina. Es un campo inherentemente multidisciplinario y emergente en el cual se conjuntan la física, la biología, la química, la ingeniería y las ciencias sociales. Su objetivo es entender, caracterizar, manipular y explotar las características físicas de la materia a la nanoescala, para generar innovaciones tecnológicas teniendo en consideración su impacto social y ambiental. Se trata de una tecnología clave que constituye una de las áreas que aportará mayor desarrollo al siglo XXI al originar aplicaciones basadas en los fenómenos que suceden a escalas atómicas (1 nanómetro es 1 millonésimo de milímetro).

¿ ¿Es posible imprimir los treinta tomos de la Enciclopedia Británica en la cabeza de un alfiler? ¿Qué tan pequeño es lo pequeño? Son algunas de las preguntas que se hizo el Premio Nobel de Física Richard Feynman en 1959 en su conferencia magistral There´s plenty of room at the bottom, La respuesta obligada a tales cuestionamientos sería que tendríamos como límite las dimensiones de los átomos y las moléculas que componen la materia. Pero el “Planteó que las leyes de la física no impedían manipular la materia átomo por átomo y que, de hacerlo, existiría todo un universo de posibilidades tecnológicas” (Antunez, y otros, 2010) Feynman demostró que es posible imprimir la Enciclopedia Británica en la cabeza de un alfiler al reducir el tamaño de la letra veinticinco mil veces. Cada puntito de las pequeñas letras cubriría un área que tendría aproximadamente mil átomos, sería una proporción suficiente para hacer posible la lectura de dicho texto por medio de aparatos físicos existentes. A partir de aquella investigación, se empieza a hablar de un nuevo campo de nvestigación: la nanotecnología o tecnología molecular. Eric Drexler, importante investigador del campo, “La nanotecnología es el control de la estructura de la materia asado en el manejo de moléculas individuales que tiene el propósito de fabricar productos de diversa índole: nanocomputadoras y nanorobots, máquinas biológicas a escala molecular, y muchas cosas más” (Martínez Morales, 2005)

Para que nos demos una idea, lo que todos conocemos es que la tecnología se basa en el manejo de muchas moléculas: al fabricar microchips, cada línea del microcircuito está compuesta por montones de moléculas. Una reacción química habitual o las técnicas en el manejo del ADN trabajan también con muchas moléculas. En ningún caso era posible manipular de manera individual cada molécula. La nanotecnología se propuso, lo logró y sigue rompiendo paradigmas (al avanzar tan rápido en muchos campos) en la investigación al hacer posible que cada molécula sea manipulada directa e individualmente para así desarrollar artefactos y máquinas que tienen muchos fines. La nanotecnología abarca, aparte de sus áreas originales (física, química, ingeniería o robótica) otros campos que en un principio parecían muy alejados pero que hoy son muy importantes como la biología, la medicina o el Medio Ambiente. (Vega)

¿ Tal innovación está todavía por ser desarrollada pero la predicción de muchos científicos es que la nanotecnología será parte de nuestra vida diaria en el siglo XXI, a partir del año 2015. Actualmente existen importantes centros de investigación sobre nanotecnología con presupuestos millonarios en Estados Unidos, el Reino Unido y Japón. Las aportaciones que hagan estos países, en los próximos años, pueden situar al mundo en el umbral del mayor avance de la ciencia y la tecnología. En la naturaleza existen abundantes ejemplos de autocomposición de átomos así como de moléculas. Las propiedades de organismos tan simples, como por ejemplo una gota de lluvia o tan complejos como lo que representa una célula humana, tienen un código implícito en sus componentes. Ahora bien, nos preguntamos qué podríamos esperar para el año 2015, cabe decir que esta ciencia será suplementaria y, en algunos casos, reemplazará a la biotecnología en áreas tan delicadas del cuidado de la salud como diagnósticos, administración de fármacos y terapia genética, lo que impactaría de manera importante la industria farmacéutica, los laboratorios y los centros hospitalarios. También podrían darse aspectos negativos en un escenario en que los nanodispositivos fueran utilizados para la proliferación de armas devastadoras o el desarrollo de dispositivos hostiles que se clonaran a sí mismos replicándose de manera incontrolable. -Lo cierto es que el siglo XXI nos presenta el horizonte del conocimiento en toda su grandeza, obligándonos a mantener la mente abierta y una actitud positiva ante los paradigmas que inexorablemente vamos a tener que enfrentar.

¿ Los orígenes de la nanotecnología se remontan a la conferencia histórica que, en 1959, pronunció Richard Feynman en el Instituto de Tecnología de California: “There´s plenty of room at the bottom”, traducido como “en el fondo hay espacio de sobra”. En su ponencia esboza la idea de crear objetos a partir de átomos individuales. Sin citar el término “nano”, Feynman hablaba de la manipulación y control de objetos a muy pequeña escala. Teníamos como antecedentes de esta nueva forma de pensar, ver e intuir el mundo de la ciencia a:

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Michel Faraday que, en 1857, descubre el Oro coloidal.

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Albert Einstein que, en 1905, explica la existencia de los coloides.

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Langmuir que, en 1932, descubre les couches de una molécula.

En 1974, Norio Taniguchi, de la Universidad de Ciencias de Tokio, designa una técnica de producción a escala nanométrica, procesos de separación, consolidación y deformación de materiales con la ayuda de un solo átomo o una sola molécula. Hemos atravesado la barrera del mundo material clásico de la biología, células, bacterias y virus para entrar en el mundo subatómico, en el que las propiedades de los materiales son muy diferentes a lo conocido hasta el momento. El término nanotecnología identifica una nueva realidad, significa que la ciencia y la tecnología permitirán comprender, medir, manipular y producir, en los niveles atómico, molecular y supramolecular, materiales, instrumentos y sistemas con una organización, propiedades y funciones moleculares fundamentalmente diferentes a las conocidas.

¿ 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. Si se desarrolla de forma no responsable, la nanotecnología podría ser algo muy peligroso, permitiendo la fabricación de armas muy pequeñas con una fuerza de destrucción inimaginables. Algunos expertos creen que su impacto sobre nuestra vida será tan importante como en su día fue el impacto de la medicina o el impacto de los ordenadores. Con ayuda de la nanotecnología, se podrán lograr los siguientes beneficios: •

Fabricar nuevos materiales como ropa que cambia de color, nuevos adhesivos, nuevos materiales para la construcción que se autolimpian, robots con capacidad de "ver" y "sentir"....

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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

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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 all tumor de un cáncer para destrozarlo

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Beneficios para el medioambiente como la purificación de agua, sistemas para controlar la contaminación, nuevas fuentes de energía sostenible y limpia etc.

La nanotecnología estudia la reacción de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a escala minúscula (nanoescala), de modo que se puede llegar a diseñar un sistema tan pequeño que no es percibido por los sentidos humanos. No obstante, ¿qué es la nanociencia para qué sirve? Concepto. La nanociencia es el estudio de los sistemas cuyo tamaño es de unos pocos 10-100 nanómetros. Un nanómetro (nm) es alrededor de 10 átomos de hidrógeno. La nanociencia trata de comprender qué pasa a estas escalas y la nanotecnología busca manipularlo y controlarlo. Aunque, ¿qué estudia nanociencia? La nano ciencia es la rama del saber que estudia los fenómenos, las propiedades y la manipulación de la materia a una escala nano métrica, generalmente comprendida entre 0,1-100 nm ... Es, por tanto, una ciencia interdisciplinar y su objeto de estudio son los nano materiales. Puede que te preguntes, ¿qué es la nanociencia resumen? Nanociencia es el estudio de los fenómenos y la manipulación de materiales a escala nanométrica. Nanotecnología es el diseño, caracterización y aplicación de estructuras, dispositivos y sistemas complejos mediante el control de la forma, el tamaño y las propiedades de la materia a escala nanométrica.

¿ La nanotecnología forma parte de la siguiente generación de innovación en la ciencia y la ingeniería que transformará a muchos sectores, como el aeroespacial, la energía, las tecnologías de la información, la medicina, la defensa nacional y el transporte. La nanotecnología permitirá el desarrollo de la siguiente generación de materiales que son más fuertes, livianos y duraderos que los materiales usados actualmente en edificios, puentes, aviones, automóviles y otras aplicaciones. La nanotecnología también representa una gran promesa para crear productos para un mundo más eficiente en cuanto a energía, como celdas de combustible, baterías y paneles solares más eficientes. La nanotecnología puede brindar soluciones para limpiar terrenos y aguas contaminados, y jugará un papel crítico en la transformación de la medicina y el cuidado de la salud. El cuidado de la salud se acerca a una revolución gracias a la nanotecnología. Gracias a la nanotecnología se están desarrollando, entre otros, herramientas muy sofisticadas para detectar y tratar el cáncer, vendajes que evitan infecciones, mejoras en la tecnología para la generación de imágenes y mucho más. Casi todos los dispositivos electrónicos fabricados en la última década, incluidos los chips informáticos y dispositivos electrónicos más sofisticados, se fabricaron mediante el uso de la nanotecnología. El equipamiento deportivo, como bates de béisbol, raquetas de tenis, cascos para motocicletas y otros materiales plásticos pueden ser más ligeros, rígidos, duraderos y resistentes con la nanotecnología. Las telas tratadas con nanotecnología pueden resistir arrugas, manchas y la proliferación de bacterias, permitiendo así que la ropa se mantenga más limpia y dure más.

Las películas delgadas de los lentes, las pantallas de la computadora, ventanas y otras superficies utilizan la nanotecnología para mejorar su capacidad hidrófuga, crear una capa antirreflejo, tener más resistencia a la luz ultravioleta o infrarroja, ofrecer protección antiniebla y contra rayaduras o conductores eléctricos. El desempeño de varios productos domésticos como quitamanchas, limpiadores antibacterias, pinturas, selladores y purificadores y filtros de aire puede mejorarse con la nanotecnología. La nanotecnología permite crear un ambiente más limpio mediante nuevos métodos de purificación de agua y la remoción de los contaminantes del agua en la tierra y en el suelo. Las innovaciones en energía, como los paneles solares más eficientes, las turbinas eólicas más fuertes y livianas, autopartes más livianas y un rendimiento del combustible mejorado están impulsadas por la nanotecnología. Los productos de cuidado personal, como cosméticos y protectores solares, pueden mejorarse con nanotecnología. Los envases de alimentos que usan nanotecnología permiten detectar y evitar el deterioro o la contaminación, y contribuir a que los alimentos permanezcan frescos por más tiempo. Algunos productos farmacéuticos fueron reformulados con nanopartículas para mejorar su desempeño

¿ Los nanomateriales son uno de los principales productos de las nanotecnologías , como partículas, tubos o fibras a nanoescala. Las nanopartículas generalmente se definen por ser menores de 100 nanómetros en al menos una dimensión. A medida que la nanotecnología avanza, se van encontrando aplicaciones para los nanomateriales en el cuidado de la salud, la electrónica, los cosméticos, los textiles, la informática y la protección medioambiental. Las propiedades de los nanomateriales no están siempre bien identificadas y requieren una valoración de los riesgos de posibles exposiciones que surjan durante su fabricación

¿ La de un nanomaterial debe incluir el tamaño medio de sus partículas, teniendo en cuenta la agrupación y el tamaño de las partículas individuales y una descripción de la distribución por tamaño de las partículas (el rango de las partículas presentes en la preparación, desde la más pequeña a la mayor). Las valoraciones detalladas pueden incluir la siguiente información: 1. Propiedades físicas: •

Tamaño, forma, superficie específica y proporción entre anchura y altura

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Si se adhieren unas a otras

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Distribucion segun el tamano

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Lisura o rugosidad de su superficie

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Estructura, incluida la estructura de cristal y cuaqluier defecto de cristal

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Su capacidad para disolverse

2. Propiedades químicas: •

estructuras moleculares

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Composición, incluida su pureza y cualquier aditivo o impureza conocidos

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si se encuentran en estado solido, liquido o gas

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Quimica de superficie

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Atraccion de moleculas de agua y de aceites o grasas

Existen diversas técnicas para rastrear nanopartículas y se están desarrollando otras nuevas. También se están desarrollando métodos realistas de preparación de nanomateriales para probar sus posibles efectos en sistemas biológicos.

¿

Los métodos de medición que se deben utilizar dependen del tipo de exposición . Los métodos más fiables son aquellos para las partículas en el aire. El contacto con sólidos y líquidos puede ser un factor a tener en cuenta, especialmente en los productos de consumo. Las técnicas actuales para evaluar la exposición a nanopartículas son aptas para el control personal o de espacios, para un uso continuado o puntual, y para la caracterización básica de muestras. Sin embargo, los datos de las exposiciones aéreas son escasos y son pocos los estudios llevados a cabo fuera del lugar de trabajo, si es que los hay. Las estimaciones de exposición de alimentos y productos de consumo también son difíciles. La información de la presencia de nanomateriales fabricados la facilitan las fábricas. También es limitada la información proporcionada sobre el uso del producto

¿

Hay evidencias experimentales de la existencia de una variedad de posibles interacciones entre nanopartículas fabricadas con sistemas biológicos así como de efectos en la salud. En sistemas experimentales de laboratorio pueden propiciar la formación de cúmulos proteínicos fibrosos que pueden ser similares a los que aparecen en algunas enfermedades, incluidas enfermedades cerebrales. Las partículas aéreas pueden provocar efectos en los pulmones, pero también en el corazón y en la circulación sanguínea, similares a los ya conocidos provocados por partículas de polución aérea. Existen algunas evidencias de que las nanopartículas podrían provocar daños genéticos, ya sea directamente o por inflamación . Todos estos efectos surgieron de la suerte de que corran las nanopartículas en el cuerpo. Tan solo pequeñas dosis de estas nanopartículas escapan de los pulmones o del intestino, pero una exposición prolongada puede implicar que un gran número de ellas se distribuyen por el cuerpo. La mayoria quedaran retenidas en el higado o el bazo , pero algunas parece que llegan a todos los tejidos y organos. También es posible que penetren en el cerebro a través de las membranas nasales. Los nanotubos o varillas de características similares a las fibras de asbesto suponen un riesgo de mesotelioma (una forma de cáncer de pleura).

¿

Por lo general, se pueden aplicar métodos existentes de evaluación de riesgos a los nanomateriales , pero es necesario un mayor desarrollo de aquellos aspectos específicamente relacionados con los nanomateriales . Esto incluye el desarrollo de métodos para medir la exposición e identificar peligros. Los mayores riesgos potenciales proceden de las nanopartículas libres e insolubles, ya están dispersas en un líquido o en forma de polvo. La evaluación de riesgos requiere un examen detallado de las propiedades, incluidas: •

Tamaño de partícula

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area de superficie

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estabilidad

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Propiedades de superficie

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Solubilidad

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reactividad química

Las comparaciones con peligros existentes conocidos pueden contribuir a la evaluación de riesgos. Entre otras, aquellas con partículas finas transportadas por el aire, o con las fibras de asbesto. El enfoque recomendado para evaluar los riesgos de los nanomateriales sigue siendo la evaluación de ries...