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FACULTAD DE INGENIERIA
VIII SEMANA DE INGENIERÍA
PARA UN ECOSISTEMA INTELIGENTE
SEPTIEMBRE DE 2014
Materiales Nanoestructurados
PERFIL
Rogelio Ospina Ospina
Desarrollo de materiales
Nanoestructurados por Plasma para
desarrollo de biomateriales.
Posdoctor–Centro Brasileiro de Pesquisa
Físicas- Rj Brasil
Doctor en Ciencia y Tecnología de
Materiales-UNAL
Maestría Ciencias Físicas-UNAL
Ingeniería Física -UNAL
Fotografia conferencista
Materiales Nanoestructurados
TABLA DE CONTENIDO
1. Introducción
2. Historia
3. Definición
4. Clasificación
5.Metodos de producción
5. Aplicaciones
6. Conclusiones
1. Introducción
Nanomateriales
son las piedras angulares de la ciencia
nano y la nanotecnología.
La
ciencia
y
la
tecnología
nanoestructurada es un área amplia e
interdisciplinaria de la actividad de
investigación y desarrollo que ha ido
creciendo de manera explosiva en todo el
mundo en los últimos años. Tiene el
potencial de revolucionar la forma en que
se crean los materiales, productos, el
alcance, la naturaleza de las funciones
que se puede acceder.
Nanohazards: Knowledge is our first defence
Amanda S. Barnard
Nature Materials 5, 245 - 248 (2006)
doi:10.1038/nmat1615
2. Historia
``There`s a plenty of a room at the bottom- Feynman´´
Lycurgus Cup
Vitral Romanol
Nanotechnology offers small food for thought Daniel Cressey
3. Definición
Que es Nanotecnología?
La nanotecnología es la ciencia y la ingeniería de hacer materiales, estructuras y
dispositivos funcionales en el orden de una escala nanométrica.
Que es Nano o Nanoescala?
En términos científicos, "Nano" significa 10 -9 donde 1 nanómetro es equivalente a
la milésima parte de un micrómetro, la millonésima parte de un milímetro, y una
mil millonésima parte de un metro.
Handbook of Nanostructured Materials and Nanotechnology
3. Definición
3. Definición
Que es un nanomaterial?
Se define como cualquier material que tiene propiedades únicas o
nuevas, debido a la estructuración a escala nanométrica (escala nano
metro).
Estos se forman mediante la incorporación o la estructuración del
nanomaterial.
nanoparticulas
Copper Selenide Nanocrystals for Photothermal
Therapy Colin M Hessel
Nanotubos
FAPESP
Nanorods
Gold Nanostructures: Properties and Applications
Christian Schoen, Ph.D.
3. Definición
Los nanomateriales son interesantes debido que tienen propiedades
fundamentalmente diferentes a el material en escala mayor, debido a una
mayor relación área de superficie/volumen.
Fullerenos
Grafeno
Control and characterization of individual grains and grain
boundaries. Nature Qingkai Yu
Aumento de la interacción y reactividad
Nanoestruturas inducidas
Plasmonic gold mushroom arrays with refractive index sensing figures of merit approaching the
theoretical limit Nature Yang Shen
4. Clasificación
Gusev A. I. Nanomaterials, Nanostructures, and Nanotechnologies
4. Clasificación
La Agencia del Medioambiente de los EE.UU. ha clasificado
los nanomateriales actuales en cuatro tipos:
Basados en carbono
Estos nanomateriales están compuestos mayoritariamente por
carbono y suelen adoptar formas como esferas huecas,
elipsoides o tubos.
Basados en metales
Estos nanomateriales, nanopartículas de oro y plata y óxidos
metálicos como el dióxido de titanio.
Dendrímeros
Estos nanomateriales son polímeros de tamaño nanométrico
construidos a partir de unidades ramificadas.
Compuestos
Los compuestos combinan las nanopartículas con otras
nanopartículas o con materiales de mayor tamaño. Las
nanopartículas, como arcilla a nanoescala, ya se están
añadiendo a numerosos productos, desde piezas de
automóviles a materiales de empaquetado, para mejorar sus
propiedades mecánicas, térmicas, protectoras, etc.
Design and growth of dendritic Cu2−xSe and bunchy CuSe hierarchical crystalline aggregations
Dapeng Li
5. Métodos de Producción
Existe una gran variedad de técnicas capaces de crear nanoestructuras con
varios grados de calidad, rapidez y costo. Se pueden agrupar en dos
grandes grupos Bottom-up y Top-down
Bottom-up
Ensamble posicional
Construcción de estructuras, átomo a átomo, o
molécula a molécula. El grado de miniaturización
alcanzable mediante este enfoque, es superior al que
se puede conseguir con el top-down ya que gracias a
los microscópios de escaneado, se dispone de una
gran capacidad para situar átomos y moléculas
individuales en un lugar determinado.
5. Métodos de Producción
Top-down
Materiales grandes, que se van reduciendo
hasta tamaños a escala nanométrica. Estos
métodos ofrecen fiabilidad y complejidad en
los
dispositivos,
aunque
normalmente
conllevan elevados costes energéticos, una
mayor imperfección en la superficie de la
estructura
así
como
problemas
de
contaminación. Los principales tipos de
técnicas empleadas en este campo, son el
corte mediante ingeniería de ultraprecisión,
empleada sobre todo en la industria
microelectrónica de materiales, y la litografía,
en donde se exponen los materiales a luz,
iones o electrones, para conseguir los
tamaños de material deseados.
Nanolitografía HRSEM
Molinos
Plasma
*Raith , RETSCH, D. Gerst
5. Métodos de Producción
Molino de Bolas
Variables
•Tipo de Bolas.
•Temperatura.
•Frecuencia, Intensidad.
•Tipo de Molino.
•Fractura de Partículas.
•Atmosfera
•Materia Prima
•Controladores de procesos
RETSCH
5. Métodos de Producción
Nanolitografía por Haz de electrones
Variables Todas?
5. Métodos de Producción
Síntesis por Plasma
Top-down?
Que es Plasma?
Cuarto estado de la materia, un estado fluido similar al estado gaseoso pero en el que
determinada proporción de sus partículas están cargadas eléctricamente y no poseen
equilibrio electromagnético. Wiki
Cuarto estado de la materia conformado por átomos libres, electrones e iones, con
distribución cuasi neutra e comportamiento colectivo.
5. Métodos de Producción
Síntesis por Plasma
DEPOSICION FISICA PAPVD
5. Métodos de Producción
Síntesis por Plasma
DEPOSICION FISICA PAPVD
Fabrication, Purification and Characterization of Carbon Nanotubes: Arc-Discharge in Liquid
Media (ADLM)
Mohsen Jahanshah
5. Métodos de Producción
Síntesis por Plasma
DEPOSICION QUIMICA PAPVD
MVU TM Izophase CVD
Aligned Growth of Single-Walled and Double-Walled Carbon Nanotube Films by
Control of Catalyst Preparation
By Mineo Hiramatsu and Masaru Hori
5. Métodos de Producción
Métodos Síntesis Química
Reacciones químicas
Coloidal
A+B
Reducción
AB( Nanoestructurados)+C
C
Irradiación
Dendrimeros
Hidrotermal
Energia
A= Reactivo base
B= Reactivo
Sol-gel
C= Medio
5. Métodos de Producción
Síntesis Química
TiO2 + NaOH
TiO2(Nanotubos)+D
C
A= TiO2
Energía = 250 ºC + agitación
B= NaOH
C= H2O+H2SO4 (1%)
D= Residuos
Titanate nanotubes produced from microwaveproperties
roperties
microwave-assisted hydrothermal synthesis: Photocatalytic and structural p
Daniela C. Manfro
6. Caracterizacion
Raman
Grafeno
Large-area high-throughput synthesis of monolayer graphene sheet by Hot Filament Thermal Chemical Vapor Deposition
Ranjit Hawaldar
6. Caracterizacion
TEM
Daniel Shechtman, Nobel de Química de 2011
The Chemical Structure of a Molecule
Resolved by Atomic Force Microscopy
Leo Gross
7. Aplicaciones
``Compared with other major industrial sectors, construction
industry has lagged behind in awareness of the potential for
exploitation of nanotechnology´´
En comparación con otros sectores industriales importantes, la industria de la construcción se ha quedado
atrás en el conocimiento de las posibilidades de explotación de la nanotecnología
Peter J. M. Bartos
ACM Centre and Scottish Centre for Nanotechnology in Construction Materials,
• Inherentemente a la diferente naturaleza de la industria
de la construcción.
• Muy bajo nivel histórico de inversión en la
construcción de IDT.
• Muy alta inversión inicial de capital, invariablemente
requiere en relacionados con nano-IDT.
7. Aplicaciones
Escala de Tiempo
Presente
0
20
25+
Resistencia corrosión
Cemento energía
Concreto
Nuevos, aglutinantes no tradicionales
Cementos dúctiles y hormigón resistente
Nanocapas / recubrimientos
Cerámicos,
Vidrios
Asfalto,
Polímeros
Madera
Superfícies Bioactivas
Cerámicas más duras
auto - limpieza vidrio
Nanoagregados
Ensamble molecular de nuevos polímeros
Rápido crecimiento, libre de defectos densa y fuerte
Materiales avanzados
Despreciable/Cero/positivo impacto ambiental
recursos sustentables, clasificación
preestablecida de propiedades
reemplazables para aplicación de
propiedades optimizadas
Acero
10
5
Futuro
7. Aplicaciones
Escala de Tiempo
Presente
0
10
5
20
25+
EDIFICIOS de HOY
Auto - limpieza vidrio superficies bioactivas
Aislantes de alto rendimiento
Nano recubrimientos
Materiales de alta masa térmica
Fuertes duros más livianos compositos
Materiales y componentes inteligentes (smart)
Seguridad y Vigilancia
Fibra óptica nanochips sistemas de control
Superficies fotovoltaicas y celdas solares –techos y revestimientos
Edificios del futuro
Cero o balance energético positivo; máxima
sostenibilidad de los recursos; mantenimiento
mínimo; medio ambiente saludable; materiales y
componentes reciclables
Sensores y dispositivos de monitoreo y diagnostico
Futuro
Nuevo Control y drab
7. Aplicaciones
Escala de Tiempo
Presente
0
5
10
20
Materiales miméticos
MATERIALES DE
CONSTRUCCION
EXISTENTES
Materiales de auto ajuste de interfaces
Activar nano recubrimientos
Materiales de memoria de forma y autoreparo
Fuertes duros más livianos compositos
Materiales y componentes inteligentes (smart)
Seguridad y Vigilancia
Fibra óptica nanochips sistemas de control
Materiales fotovoltaicos
Edificios del futuro
Cero o balance energético positivo; máxima
sostenibilidad de los recursos; mantenimiento
mínimo; medio ambiente saludable; materiales y
componentes reciclables
Desarrollo inesperado
25+
Futuro
7. Aplicaciones
AEROGEL
http://hypescience.com/6-substancias-quenao-dao-a-minima-para-as-leis-da-fisica/
Thermablok® Aerogel Insulation
7. Aplicaciones
Cemento
7. Aplicaciones
Cemento
Drs. J. Beaudoin, J. Makar, L. Mitchell, and L. Raki.
7. Aplicaciones
surface of C/Co nanoparticles allows magnetic extraction from extremely diluted aqueous
solutions. M. Rossier,
Baterias Spray
Tratamientos de Aguas
7. Aplicaciones
Metamateriall
CONCLUSIONES
Las dicen ustedes por favor?
Seguridad
http://particular.eu/gold-nanoparticles.html
https://www.youtube.com/watch?v=i4J6uC22Hwo
GRACIAS
PREGUNTAS