NANOELECTRONICA Y NANOTECNOLOGIA
PRIMERO HABLAREMOS SOBRE UNA PEQUEÑA INTRODUCION SOBRE LO QUE ES NANOTECNOLOGIA:
Esta tecnología de muy reciente data se inició con la nanoescala, la que permite medir los átomos en diezmillonésimas de metro lineal.
Para comparar, recordemos que el metro lo dividimos en mil partes y nos produce mil milímetros, en tanto que la nanoescala, descubierta por el Premio Nobel Richard Feynman, en 1959, subdivide el metro en 0.0000000027 nanos.
Luego se construyeron réplicas de brazos robóticos de un décimo del tamaño original y de éstas se hicieron otras de un décimo del tamaño anterior y así sucesivamente hasta alcanzar la nanoescala molecular.
En 1995 Eric Drexler pudo “ver” con aparatos ultrasensibles de computación en química cuántica nanoestructuras moleculares.
Actualmente, el doctor Allis trabaja con espectroscopios de terahertz (THz) que le permiten simular vibraciones y cambios de formas en las nanoestructuras.La simulación permite “ver” que las nanoestructuras casi siempre se mueven hacia la derecha (nada que ver con ALN o PLC) y coloreando los “clouster” (racimos o grupos) moleculares y poniéndoles pedales, balancines (como los de las sillas abuelitas) o ruedas engranadas.
Según el tipo de movimiento nanoestructural se van creando imágenes, gráficas y ensamblajes, las cuales todavía están en etapa experimental.
La aplicación práctica de la nanotecnología aún se desconoce. Se pretende que una nanoestructura molecular con cáncer y una sin cáncer, tomadas de un mismo cuerpo humano, podrían en un futuro --ojalá no muy lejano-- tratar de explicar qué causa la malignidad del cáncer y de ahí partir a la vacuna, antídoto o conversión genética sanadora.
De esa manera ya no habría necesidad de sangre de burro y cacho molido para curar el cáncer, como aseguran algunos.
Las perspectivas para el año 2005 parece que pueden ser asombrosas en la productividad y en los avances tecnológicos en general de este sector.
Según los expertos muchos desarrollos y progresos ocurrirán el año que viene.
Se alcanzarán soluciones hacia aplicaciones en temas claves.Aunque se reconoce que la nanotecnología todavía no está madura, sin embargo, se sostiene que está entrando en su adolescencia; esto es, años en los que se va a caracterizar por un rápido, desigual y masivo crecimiento; incrementos en la productividad y la adquisición de una "sabiduría" creciente.
Se advierte que la Nanotecnología no es una continuación de la reciente era de las puntocom. A diferencia de estas últimas, la realidad dominará las valoraciones de las empresas, los productos, etc. al menos, a corto plazo.
La industria nanotecnológica tiene una base real tecnológica, productos reales, en mercados reales, con un alto coste de entrada y una sólida protección intelectual
.Lo que es evidente hoy, a finales del 2004, es que las inversiones tanto de fondos gubernamentales y de empresas de todo el mundo (las dos terceras partes del total de las inversiones privadas son externas a Estados Unidos, con países muy activos como Japón, Australia... ) están empezando a dar resultados tangibles.
Muestran el anuncio de un creciente número de descubrimientos y de excitantes noticias que están ocurriendo en el sector de la nanotecnología casi a diario.
Pero no todo es de color de rosa: estamos en una fase muy inicial del desarrollo de esta industria. Resueltos problemas pendientes, hay que crear nuevas formas de implantación de las principales aplicaciones de la nanotecnología en la totalidad de los segmentos industriales existentes.
Sin olvidar que hay que afrontar con claridad las cuestiones éticas, morales, problemas contaminantes... inherentes a la aplicación de la nanotecnología en el mundo en el que vivimos.
PROYECTO DE INVESTIGACION:NANOTUBOS DE CARBONO:
CREADOR:
Los nanotubos de carbono fueron descubiertos en 1991 por S. Iijima.
1)CONCEPTO:
El nanotubo de carbono es una nanoestructura artificial, creada por el hombre, que consiste en una hoja de grafito compuesta de átomos de carbono dispuestos en red hexagonal, como un nido de abejas, y envueltos sobre sí mismo como un cilindro.
Su diámetro es del orden del nanómetro, mientras que su longitud puede alcanzar varios micrómetros (una millonésima de metro).
Gracias a su estructura muy simple y muy estable, el nanotubo posee propiedades mecánicas sorprendentes: es 100 veces más resistente que el acero siendo 6 veces más ligero. Además, el nanotubo es extremadamente flexible; es pues el candidato ideal para fabricar materiales compuestos de alto resultado.
Desde el punto de vista eléctrico, el nanotubo de carbono es alternativamente un excelente conductor o un semiconductor, en función del ángulo de enrrollamiento de la hoja de grafito. Por lo tanto, se convierte automáticamente en el ladrillo elemental para la nanoelectrónica del mañana.
Por fin, cuando se somete a una diferencia de potencial, el nanotubo emite electrones, lo cual hace que se utilice ya como nanocañón, en las pantallas planas de algunos televisores y ordenadores.
Pero este nuevo avance que ha permitido desarrollar nanotubos más largos permitirá la creación de nuevos tipos de sistemas electro-mecánicos a nanoescala, como por ejemplo motores micro-eléctricos, diodos a nanoescala y cable nanoconductor para cablear micro aparatos electrónicos.
La investigación sobre nanotubos de carbono es tan apasionante (por sus múltiples aplicaciones y posibilidades) como complejo (por la variedad de sus propiedades electrónicas, termales y estructurales que cambian según el diámetro, la longitud, la forma de enrollar...).
NANOTUBOS DE CARBONO
2)DESCRIPCION:
Los nanotubos se componen de una o varias láminas de grafito u otro material enrolladas sobre sí mismas.
Algunos de estos están cerrados por media esfera de fullerene, y otros no están cerrados. Existen nanotubos monocapa (un sólo tubo) y multicapa (varios tubos metidos uno dentro de otro, al estilo de las famosas muñecas rusas).
Los nanotubos de una sola capa se llaman single wall nanotubes (SWNTS) y los de varias capas, multiple wall nanotubes (MWNT).
Los nanotubos tienen un diámetro de unos nanometros y, sin embargo, su longitud puede ser de hasta un milímetro, por lo que dispone de una relación longitud:anchura tremendamente alta y hasta ahora sin precedentes.
Otros usos incluyen aplicaciones en electrónica a nanoescala, donde los nanotubos se pueden utilizar para conducir o aislar materiales. Por ejemplo, la unión de dos nanotubos de carbón con distintas propiedades electrónicas podría crear nanodiodos (diodos a nanoescala).
*NUEVOS AVANCES SOBRE LOS NANOTUBOS DE CARBONOS::
Controlar la geometría del nanotubo es necesario para conseguir las muchas aplicaciones potenciales de estos materiales.
Joseph AuBuchon, un estudiante graduado del grupo de Sungho Jin (profesor de ciencia de los materiales de la Jacobs School of Engineering en la UCSD), sacó provecho de la fuerte alineación del crecimiento de los nanotubos respecto a la dirección de las líneas del campo eléctrico.
Después de cultivar un conjunto alineado de nanotubos rectos, AuBuchon cambió la orientación del campo eléctrico 90 grados para hacer tubos con forma de L. Luego hizo más cambios de orientación para hacer zigzags.
AuBuchon ganó el Premio de Oro al Estudiante Graduado por presentar detalles de su investigación en la reciente reunión de la Sociedad de Investigación de Materiales.AuBuchon usó una técnica de deposición de vapor mejorada con plasma para cultivar unos dos mil millones de nanotubos por centímetro cuadrado en obleas de silicio sembradas con nanopartículas catalizadoras de níquel.
Los nanotubos de carbono se consideran una gran promesa debido a sus propiedades mecánicas excepcionalmente fuertes, su habilidad para transportar de modo eficaz altas densidades de corriente eléctrica, y otras propiedades eléctricas y químicas.
Nanotubos doblados (Foto: UCSD)Los nanotubos, que son aproximadamente 10.000 veces más delgados que un cabello humano, pueden fabricarse casi perfectamente rectos en cámaras especiales de plasma gaseoso.
Dar forma a los nanotubos ha sido una meta para los científicos desde que un investigador japonés los descubriera en 1991.
Sin embargo, la creación de curvaturas bruscas es difícil porque una vez que se interrumpe una fase de crecimiento, las partículas catalizadoras en los extremos de los nanotubos se recubren con carbono, bloqueando el crecimiento futuro.
Para la formación satisfactoria de nanotubos torcidos, ha sido esencial el descubrimiento de una técnica para impedir que el carbono no deseado recubra el catalizador entre las fases de crecimiento.
Es difícil imaginar todos los posibles usos para los nanotubos doblados, pero uno de ellos podría ser mejorar la eficiencia de los microscopios de fuerza atómica. Éstos usan una sonda mecánica para magnificar materiales rígidos a escala atómica y producir imágenes 3-D de la superficie.
3)DESCRIPCION DE SU USO:
*EN UN CAMPO DE VISION (PANTALLAS,BRILLO, ETC)
En este campo, su interés radica en que sean capaces de emitir electrones a 0.11 eV de energía mientras que los mejores emisores de electrones utilizados en la actualidad emiten en un rango entre 0.6 y 0.3 eV.
Además del estrecho rango de emisión de energía, los CNTs presentan otras ventajas respecto a los cristales líquidos utilizados en las pantallas planas como:amplio ángulo de visión, capacidad de trabajar en condiciones extremas de temperatura y brillo suficiente para poder ver las imágenes a la luz del sol.
*FUTURAS APLICACIONES DE LOS NANOTUBOS::
--EN EL AREA DE TRANSPORTAR HIDROGENO::
El desarrollo futuro de sistemas que tengan como combustible el hidrógeno dependerá de si es posible o no desarrollar un método seguro de transporte y almacenamiento del hidrógeno.
Un coche que funcionara gracias a la combustión del hidrógeno con el oxígeno, sólo produciría agua como residuo.
Sobre el papel, es el coche ecológico perfecto. Pero su realización se enfrenta a numerosos retos, entre ellos el de disponer de una forma segura de transportar y almacenar el hidrógeno. Hoy por hoy, el hidrógeno se almacena y transporta a bajas temperaturas y en botellas de aire comprimido que deben ser tratadas con sumo cuidado, ya que este gas es muy inestable y cualquier golpe puede ser peligroso.
Los nanotubos de carbono han sido propuestos como candidatos a almacenar grandes cantidades de hidrógeno de forma segura.
En el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB), el equipo del Laboratorio de Estructura Electrónica de Materiales, trabaja en un proyecto con la empresa estadounidense Air Products para descubrir cómo almacenar hidrógeno en nanotubos de carbono de apenas un nanómetro (0,000001 milímetros).
«Se ha comprobado que los nanotubos de carbono almacenan hidrógeno, aunque no se sabe muy bien cómo», explica Pablo Ordejón, investigador del ICMAB. En diversos experimentos, explica este investigador, se ha comprobado que cuando se depositan nanotubos de carbono en el interior de una cámara a presión y se deja entrar hidrógeno en la cámara, más tarde, al dejar salir de nuevo el hidrógeno de la cámara, la cantidad saliente de gas es menor que la entrante. Esa diferencia es la correspondiente al hidrógeno que ha quedado incorporado en el nanotubo, de forma comparable a como quedaría atrapado un líquido en una esponja.
Sin embargo, precisa Ordejón, aunque estos experimentos son válidos, no aportan otros datos. Por ejemplo, se desconoce la cantidad precisa que puede almacenar un nanotubo. Tampoco se sabe cómo se almacena: es decir, si se enlaza químicamente el hidrógeno con el nanotubo de carbono, si se mantiene la estructura molecular o no.
--TAMBIEN EN LA NANOELECTRONICA:
Pero los nanotubos también se apuntan como futuros protagonistas de la nanoelectrónica.
El mismo equipo del ICMAB participa en un proyecto dentro del programa Marco de la Unión Europea, en el que se persigue el desarrollo de nanotubos de carbono que puedan ser utilizados como componentes de circuitos electrónicos. Los investigadores ya han conseguido un transistor basado en un nanotubo de carbono.
Y funciona, detalla Ordejón, con menos corriente eléctrica que la que necesitan los componentes convencionales. Pero todavía queda mucho por hacer. El reto ahora es conseguir que varios transistores funcionen conjuntamente.
4)¿COMO SE FABRICAN?
Constituidas por carbono, y de forma tan regular y simétrica como los cristales, estas macromoléculas de primorosa finura e impresionante longitud no tardaron en llamarse nanotubos. Desde entonces han sido objeto de intensa investigación básica.
Para fabricar nanotubos de carbono se necesita gas metano y altas temperaturas. Comienzan a ‘crecer’ cuando agregas pequeñas piezas de metal, llamado catalizadores. Bajo ciertas condiciones puedes obtener un tubo único que mide alrededor de 2 nanometros de diiámetro.
Puedes acomodar 50.000 nanotubos de carbono en el espesor de un cabello. Es algo bastante pequeño. Los científicos han descubierto como hacerlos crecer realmente largos hasta algunos milímetros. Eso es bastante largo. El Empire State Building tiene 381 m de alto y 57 m de ancho (de este a oeste).
Esto significa que es 606 veces mas alto que su ancho (esta relación entre el alto y el ancho se llama su relación de aspecto) ¡Un nanotubo de carbono que tiene 1 mm de largo tiene una relación de aspecto de alrededor de 1.000.000.
CONCEPTOS SOBRE NANOELECTRONICA::
Tradicionalmente los sistemas físicos (puentes, ordenadores, teléfonos móviles, etc.) han sido diseñados por ingenieros mediante el uso de complejas y definidas reglas de diseño.
Los diseños parten de lo general a lo específico contrastando con los procesos naturales que evolucionan constantemente.
El diseño natural comienza como un conjunto de instrucciones codificadas en el ADN cuyas regiones de codificación son inicialmente transcritas al ARN dentro de los núcleos de las células y después a las proteínas en el citoplasma.
El ADN contiene las instrucciones para la construcción de moléculas usando secuencias de amino ácidos que finalmente, después de innumerables y complejas reacciones químicas crean un organismo vivo.
La supervivencia de un organismo se puede ver como un proceso de ensamble de un enorme sistema con múltiples componentes o partes y como un proceso de pruebas continuas respecto al medio ambiente en el que se encuentra.
De acuerdo a lo anterior, la nano electrónica pretende manipular los procesos de construcción natural (siguiendo las leyes que en la naturaleza rigen estos procesos), para manufacturar complejos sistemas electrónicos buscando que los nano dispositivos al igual que los sistemas naturales (los árboles por ejemplo) sinteticen moléculas (en el caso de los árboles moléculas de dióxido de carbono y agua) sin ruido, calor, gases tóxicos o labor humana y que consuman además los contaminantes en el proceso.
De esta manera el nuevo reto consiste en la manipulación, precisa e intencionada, de la materia en el ámbito atómico para construir sistemas electrónicos.
Para observar en perspectiva las dimensiones de lo que se discute, es importante citar que:
1 nanómetro = (10-9metros) Una célula = 20 micrómetros (10-6metros)
Los métodos de fabricación actuales presentan dificultades de manipulación en el ámbito molecular.Se puede afirmar que intentamos armar bloques de ladrillos de plástico con guantes de boxeo en nuestras manos, es decir, podemos apilarlos unos con otros pero no podemos colocarlos como realmente quisiéramos.
De manera que para desarrollar los dispositivos apropiados para esta manipulación se introduce el concepto de nano tecnología, que involucra a las ciencias Química y Bioquímica, Biología molecular y Física y a las tecnologías de la Ingeniería Electrónica y de Proteínas, hace uso de microscopios y pruebas de proximidad, imágenes electrónicas y posicionamiento molecular electrónico, química supramolecular y química computacional, que en conjunto buscan desarrollar una tecnología industrial capaz de fabricar con precisión molecular el mayor número de estructuras compatibles con las leyes de la física.
Aqui les muestro algunas de las noticias mas importantes sobre la nanotecnologia ::
Esamblaje más rápido de nanopartículasLa velocidad de ensamblaje de nanopartículas puede acelerarse con la ayuda de la molécula que lleva las instrucciones genéticas de la vida, el ADN, según ha comprobado recientemente un equipo de investigadores.
Descripción:
Los miembros del equipo de investigación Foto:BNL(NC&T) Las nanopartículas, que tienen dimensiones del orden de las milmillonésimas de metro, podrían usarse para una generación más eficaz de energía, el almacenamiento de datos, y para mejorar los métodos de diagnóstico y tratamiento de enfermedades.
Aprender a controlar y diseñar el ensamblaje de estas minúsculas partículas en sistemas funcionales más grandes, constituye un importante desafío para los científicos.
Los resultados logrados ahora por los investigadores del Laboratorio Nacional de Brookhaven son un paso en esa dirección.
"El comprender cómo se autoensamblan estos tipos de nanomateriales tiene aplicaciones en todas las áreas de la nanotecnología, desde la óptica y la electrónica, hasta los materiales magnéticos", señala el químico Mathew Maye, uno de los investigadores principales.Los participantes en el proyecto encontraron una manera de controlar el ensamblaje de nanopartículas de oro usando la doble hélice rígida del ADN.
Su técnica aprovecha la tendencia natural de esta molécula a emparejar los componentes conocidos como bases, denominadas con las letras A, T, G y C."En la biología, el ADN es básicamente un material informativo, mientras que en la nanociencia, el ADN es un excelente material estructural por su habilidad natural de autoensamblarse según reglas programables bien especificadas", explica el físico Oleg Gang, uno de los investigadores principales."Empleando materiales biológicos como el ADN, estamos desarrollando métodos para controlar el ensamblaje de nanoobjetos inorgánicos.
Sin embargo, para convertir realmente este enfoque atractivo en herramientas prácticas para la nanotecnología, tenemos que entender la complejidad de las interacciones en tales sistemas híbridos".El ADN sintético usado en el laboratorio se adhiere a nanopartículas individuales de oro y es adaptado para reconocer y unirse al ADN complementario localizado en otras partículas. Este proceso produce racimos o conglomerados de partículas de oro.
"Utilizando las propiedades del ADN, podemos aumentar la cinética del ensamblaje, o acelerarlo, por medios relativamente simples, sin muchos pasos sintéticos", subraya Maye.El equipo de investigación sondeó con múltiples técnicas de imagen los nanosistemas sintetizados y ensamblados, constatando la validez del proceso.
Nanosondas para una mejor observación del funcionamiento de las célulasPara crear medicamentos capaces de atacar en sus puntos críticos a algunas de las más devastadoras enfermedades humanas, los científicos deben primero descifrar con precisión cómo una célula o grupo de células se comunica con otras células, y cómo reaccionan ante el amplio espectro de complejas biomoléculas que las rodean.
Un nuevo desarrollo en nanotecnología promete ser de gran ayuda en esta tarea. Descripción: Esquema de la sonda SMS Foto: GIT (NC&T)Incluso las herramientas más sofisticadas usadas actualmente para estudiar las comunicaciones entre células padecen deficiencias significativas.Es habitual que esas herramientas puedan detectar sólo un estrecho grupo de pequeñas moléculas seleccionadas, o, que con el fin de hacer un análisis más sofisticado, las células deban ser destruidas para la preparación de la muestra.Esto hace muy difícil observar las complejas interacciones celulares tal como ocurren en su hábitat natural, el cuerpo humano.Los investigadores del Instituto Tecnológico de Georgia han creado una sonda de tamaño nanométrico, la sonda para la Exploración por Espectrometría de Masas (SMS por sus siglas en inglés), que puede capturar la composición bioquímica y la topografía de complejos objetos biológicos en su ambiente normal, abriendo de este modo la puerta para el descubrimiento de nuevos biomarcadores y el progreso de los estudios genéticos, y conduciendo a un mejor diagnóstico de las enfermedades y al diseño de fármacos para su uso a escala celular.
El nuevo instrumento, una herramienta potencialmente muy valiosa para la ciencia emergente de la biología de sistemas, puede ayudar a los investigadores a conocer mejor las interacciones celulares en su nivel más fundamental, incluyendo la señalización celular, así como identificar la expresión de las proteínas y la respuesta a los estímulos externos (por ejemplo, la exposición a medicamentos o a los cambios ambientales) desde la escala de los órganos hasta la de los tejidos e incluso la celular."En lo fundamental, la enfermedad no es más que una interrupción de la señalización normal de la célula", explica el Dr. Andrei Fedorov, profesor de la Academia Woodruff de Ingeniería Mecánica del Tecnológico de Georgia, e investigador principal del proyecto."Porque, si se comprende la red y todas sus señales en el nivel más fundamental, se podría controlarlas y corregirlas si fuera necesario.
La sonda SMS puede ayudar a trazar el mapa de todas esas complejas e intrincadas sendas de comunicación celular, explorando las actividades celulares en su ambiente natural".La sonda SMS puede integrarse fácilmente con el Microscopio de Fuerza Atómica (AFM) u otras sondas para exploración.
Y no sólo muestra la imagen de la actividad bioquímica, sino que también supervisa los cambios en la topología del tejido celular durante la toma de imágenes.Se espera que la sonda permita detectar simultáneamente los complejos eventos mecano-bio-electro-químicos fundamentales para la comunicación celular.
El trabajo futuro tendrá como objetivo el perfeccionamiento de la idea y el desarrollo de un instrumento versátil que pueda ser usado por los científicos de los ámbitos biológico y médico para hacer avanzar las fronteras de la investigación biomédica.
posted by jonathan at 11:20 AM
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