esperanzas de futuro de los nanotubos de carbono

APLICACIONES INDUSTRIALES DE LOS NANOTUBOS DE CARBONO
INTA – CIMTAN
VIERNES 26 DE OCTUBRE DE 2007
ESPERANZAS DE FUTURO DE LOS NANOTUBOS
DE CARBONO
PEDRO A. SERENA
INSTITUTO DE CIENCIA DE MATERIALES DE MADRID
CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS
COLABORADOR DEL MEC
EN LA A.E. EN NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGIA
MIEMBRO DE LA COSEP: EXPERTO ACCIONES ESTRATÉGICAS
INTRODUCCIÓN
• ESPERANZAS DE FUTURO…¿EXISTEN
LOS VISIONARIOS / ADIVINOS /
FUTURO
GURÚS? ESTAMOS EN LA PREHISTORIA DE LA NANOTECNOLOGÍA Y ES
MUY DIFÍCIL PREDECIR HACIA DONDE SE VA A LARGO PLAZO.
• HAY MUCHOS EJEMPLOS DE DESCUBRIMIENTOS SOBRE LOS QUE SE HA
TENIDO POCA POCA CAPACIDAD DE PREDICCIÓN.
• FUTURO CORTO PLAZO: VIGILANCIA Y “CAZADORES” DE TENDENCIAS.
• FUTURO LARGO PLAZO:
• EXTRAPOLACIÓN DE UN ÚNICO EXPERTO.
• EXTRAPOLACIÓN COLECTIVA (EJERCICIO DE PROSPECTIVA).
• LA NANOTECNOLOGÍA ES MULTIDISCIPLINAR, CON UN ÁMBITO
TRANSVERSAL DE CONOCIMIENTO, Y APLICACIONES QUE ABARCAN CASI
TODOS LOS SISTEMAS SOCIOECONÓMICOS. UNA GRAN INCERTIDUMBRE
EN EL PUNTO DE PARTIDA (HOY) IMPLICA LA POSIBILIDAD DE
VISLUMBRAR ESCENARIOS ERRÓNEOS A LARGO PLAZO. ESTO SE PUEDE
PARTICULARIZAR
A
CUALQUIER
CAMPO
DENTRO
DE
LA
NANOTECNOLOGÍA.
OBJETIVOS DE LA PRESENTACIÓN
Completar el informe que se presenta, aportando datos adicionales para saber en
que dirección se moverán a medio y largo plazo las investigaciones y aplicaciones
en el ámbito de los nanotubos de carbono. Se pretende hacer énfasis en aquellas
áreas que son de interés para la industria española. Se presentarán algunas
posibles aplicaciones basadas en CNT dentro de un contexto en el que la
aproximación bottom-up no se ha desarrollado. Se darán ideas, datos, opiniones
que sirvan también para incentivar la reflexión.
ÍNDICE DE LA PRESENTACIÓN
• FASES Y ÁREAS DE LA IMPLANTACION DE LA NANOTECNOLOGÍA
• PREDICCIÓN A TRAVÉS DE DIVERSAS FUENTES (INFORME DE INFORMES)
• UNA DE LAS BASES: NUESTRAS CAPACIDADES CIENTÍFICO-TÉCNICAS
• OTRA BASE: EL PUNTO DE PARTIDA INSDUSTRIAL
• ESCENARIOS DE DESARROLLO DE LA INDUSTRIA DE NANOTUBOS
• EJEMPLOS DE APLICACIONES FUTURAS EN ESCENARIOS BOTTOM-UP Y
TOP-DOWN
• EL PROPICIO ENTORNO A CORTO PLAZO
• RESUMEN Y RECOMENDACIONES
TOP-DOWN VERSUS BOTTOM-UP
NANOTECNOLOGIA
0,1 nm
1 nm
10 nm
100 nm
1 mm
10 mm
100 mm
1 mm
NANOESTRUCTURAS
“BOTTOM-UP”
• Síntesis química
• Autoensamblado
• Autoorganización
• Deposición
• Nanomanipulación
ENTORNO
MULTIDISCIPLINAR
• Nanopartículas
• Nanotubos
• Nanohilos
• Puntos cuánticos
• Capas delgadas
• Multicapas
• Nanocomposites
• Dendrímeros
• Nanoporosos
• Zeolitas
y sus combinaciones…
“TOP-DOWN”
• Litografía óptica
• Nanolitografía
electrónica
• Molienda
• Desgaste (FIB)
• Ablación
ENTORNO
MULTIDISCIPLINAR
EL CALENDARIO DE LA IMPLANTACIÓN DE LA NANOTECNOLOGÍA
2000
2040
• Primera fase (2000-2020): Control sobre la fabricación de nanopartículas de
diversos materiales para ser incorporados como refuerzo o como elementos
funcionales en otros materiales. La industria basada en la aproximación “topdown” agota sus posibilidades y exprime al máximo las metodologías.
• Segunda fase (2010-2030): Las tecnologías “bottom-up” conviven con las
tecnologías “top-down”. Las nanopartículas dejan paso a sistemas
nanométricos de mayor complejidad. Uso masivo de sensores en múltiples
aspectos de nuestra vida cotidiana (transporte, domótica, diagnóstico clínico,
etc).
• Tercera fase (2020-2040): Predominio de las técnicas “bottom-up” en la
industria. Elaboración de complejos nanosistemas.
ÁREAS DE APLICACIÓN DE LAS NANOTUBOS DE CARBONO
Electrónica
Nanocircuitos
Interconectores
Diodos ,Transistores
Interruptores
Emisión de campo
Pantallas planas
Lámparas / tubos
Litografía
Fuentes de rayos X
Amplificadores
Tubos descarga
SEM, Triodos
Betatrones
Filtros RF
Memorias
Optoelectrónica
Grabado
Espintrónica
Sensores
Químicos y biológicos
Mecánicos
Térmicos
Electromagnéticos
Emisión de campo
Biotecnología y
Química
Adsorción / Absorción
Catálisis
Electrosíntesis
Medicina
Instrumentación
SPM
Cont. Coulter
Fotónica
Mecánica
Actuadores
Energía
Amortiguadores
Almacenamiento Dispositivos para fluidos
Tribología
Hidrógeno
NEMS
Otros gases
MEMS
Supercondensadores
Conversión
Materiales
Pilas de combustible
Baterías de ión Li
Células solares
ÁREAS CLAVES DE APLICACIÓN DE LA NANOTECNOLOGÍA
Oxford Instruments, “Nanotechnology: Technology and market dynamics- a unique opportunity” (2006)
NANOBIOTECNOLOGÍA
NANOBIOTECNOLOGÍA/ /
NANOMEDICINA
NANOMEDICINA
NANOMATERIALES
NANOMATERIALES
NANOELECTRÓNICA
NANOELECTRÓNICA
Liberación de
Liberación de
fármacos
fármacos
Ingeniería de
Ingeniería de
tejidos
tejidos
Defensa
Defensa
Aeronaútica
Aeronaútica
Cosmética
Cosmética
Computación
Computación
Cuántica
Cuántica
Almacenamien
Almacenamien
to de datos
to de datos
Síntesis de
Síntesis de
fármacos
fármacos
Biomimetismo
Biomimetismo
Bienes de
Bienes de
consumo
consumo
Impresión /
Impresión /
Empaquetado
Empaquetado
Espintrónica
Espintrónica
Fotónica
Fotónica
Diagnosis
Diagnosis
Agentes para
Agentes para
imagen
imagen
Catalizadores
Catalizadores
Energía
Energía
Nanohilos y
Nanohilos y
Nanotubos
Nanotubos
Dispositivos
Dispositivos
de un solo
de un solo
electrón
electrón
Construcción
Construcción
Automoción
Automoción
Paneles
Paneles
Solares
Solares
Pantallas
Pantallas
Implantes
Implantes
SENSORES
SENSORESYY
ACTUADORES
ACTUADORES
Polución
Polución
Automóviles
Automóviles
Dispositivos
Dispositivos
médicos
médicos
Electrónica
Electrónica
de consumo
de consumo
INSTRUMENTACION
INSTRUMENTACIONYY
METROLOGÍA
METROLOGÍA
Dimensión
Dimensión
crítica
crítica
Análisis
Análisis
Químico
Químico
Medidas de
Medidas de
espesor
espesor
Control de
Control de
calidad
calidad
INFORME OPTI. NANOTECNOLOGÍA EN HORIZONTE 2020.
(PUBLICACIÓN EN ENERO-FEBRERO DE 2008)
AplicacionesIndustriales
Industrialesde
delas
lasNanotecnologías
Nanotecnologíasen
en
Aplicaciones
Españaen
enel
elHorizonte
Horizonte2020
2020
España
Coordinadopor
porGotzon
GotzonAzkarate
Azkarate
Coordinado
INFORME OPTI. NANOTECNOLOGÍA EN HORIZONTE 2020.
ÁREAS DE APLICACIÓN DE LAS NANOTECNOLOGÍAS
• Nanotecnologías (general):
Equipos, Tecnologías, Materiales, Regulación, Normalización (37)
NT en el Transporte (16)
NT en la Energía y el Medio Ambiente (18)
NT en las TIC y la Electrónica (23)
NT en la Salud y Biotecnología (18)
•
•
•
•
• NT en Sectores Tradicionales:
Textil, Construcción, Cerámica y Otros (12)
En total se analizan 124 temas de posible interés,
propuestos por un panel de 20 expertos. Tras una
consulta a expertos sectoriales (unos 500 de los que
respondieron 100), se consideran relevantes 42 temas.
De los 124 temas iniciales, 26 estaban relacionados con
aplicaciones de los nanotubos de carbono.
INFORME OPTI. NANOTECNOLOGÍA EN HORIZONTE 2020.
(PUBLICACIÓN EN ENERO DE 2008)
¿SE PUEDE CONSIDERAR QUE LA NANOTECNOLOGÍA ES UN TEMA DE
INTERÉS PARA EL MERCADO ESPAÑOL?
50
40,3
40
33,4
30
21,5
%
20
10
4,8
0
1
2
3
4
INFORME OPTI. NANOTECNOLOGÍA EN HORIZONTE 2020.
(PUBLICACIÓN EN ENERO DE 2008)
¿TENEMOS CAPACIDAD CIENTÍFICO-TÉCNICA EN ESPAÑA PARA
ABORDAR INVESTIGACIÓN EN NANOTECNOLOGÍA?
50
45
40
35,6
30
%
20
10
10,7
8,7
0
1
2
3
4
ANALISIS DE LOS GRUPOS DE INVESTIGACION ESPAÑOLES
A PARTIR DE DATOS DEL PLAN NACIONAL DE I+D+I 2004-2007
MEC: Programa Nacional I+D 2004-2007
Incluye varias Acciones Estratégicas y entre ellas la
Acción Estratégica en NC y NT
Convocatoria MEC-DGI 2004
Se presentaron 211 subproyectos (565 grupos)
Se aprobaron 23 PC (93 subproyectos)
Financiación (4 años): 11,7 M€
Convocatoria MEC-DGPT 2005
18 acciones orientadas hacia la industria
Financiación: 8,2 M€
MEC-DGI 2005-2007
Diversas Acciones Complementarias
CNTs EN EL PLAN NACIONAL DE I+D+I 2004-2007
1. Fenómenos fundamentales.—Nuevos fenómenos directamente ligados
a la escala nanométrica con repercusión concreta en alguna aplicación
determinada.
2. Biotecnología, biomedicina y agroalimentación.
3. Energía y medio ambiente. Diversas técnicas y dispositivos que
mejoran la calidad de vida bien sea por ahorro de materia prima, reducción
de polución, mayor eficiencia en la conversión energética, etc...
4. Almacenamiento magnético de información, magnetoelectrónica.
Nuevos materiales, sistemas y tecnologías en relación al almacenamiento
magnético de información.
5. Nanoelectrónica y electrónica molecular, optoelectrónica y fotónica,
nanoestructuras semiconductoras. Conceptos innovadores en nanoelectrónica
y dispositivos de alta frecuencia.
6. Dispositivos y máquinas nanométricas, nanomanipulación,
nanocaracterización. Dispositivos donde se complementa el carácter excepcional
de los componentes nanoescalados con la posibilidad de su diseño
por técnicas de nanolitografiado.
7. Materiales nanocompuestos. Desarrollo y aplicaciones de nuevos
materiales con excepcionales prestaciones derivadas de su estructrura a
escala nanométrica.
CNTs EN EL PLAN NACIONAL DE I+D+I 2004-2007
Objetivo
Nº
Proy.
Indiv.
Nº Proy.
Coord.
Nº
Subproy.
Present.
Nº
Grupos
Nº
Subproy.
Conc.
7
6
10
32
1. FUNDAM
17
16
55
72
6
17
2. BIO
12
34
127
139
32
3
3. ENE-MA
9
26
83
92
18
4. ALMAC
8
6
21
29
3
5. ELECT
6
21
78
84
17
6. MANIP
5
8
35
40
10
7.COMPO
16
27
93
109
7
Totales
73
138
492
565
93
18
BASIC
NANOBIO
ENERGY
SPINTRONICS
PHOTONICS
MANIPULATION
NANOCOMPOSITES
CNTs EN EL PLAN NACIONAL DE I+D+I 2004-2007
Objetivo
Nº
Proy.
Indiv.
Nº Proy.
Coord.
Nº
Subproy.
Present.
Nº Grupos
Nº Grupos
CNTs
Nº
Subproy.
Conc.
Nº
Subproy.
Conc.
CNTs
1. FUNDAM
17
16
55
72
2
6
0
2. BIO
12
34
127
139
14
32
5
3. ENE-MA
9
26
83
92
12
18
2
4. ALMAC
8
6
21
29
2
3
0
5. ELECT
6
21
78
84
2
17
0
6. MANIP
5
8
35
40
2
10
2
7. COMPO
16
27
93
109
14
7
0
Totales
73
138
492
565
48
93
9
LA CONVOCATORIA DE PROYECTOS FUE UN MUESTREO PROFUNDO DE
LA ACTIVIDAD EN NC Y NT EN ESPAÑA, EN COMPARACIÓN CON LOS
DATOS DE OTRAS FUENTES NACIONALES E INTERNACIONALES.
CNTs EN EL PLAN NACIONAL DE I+D+I 2004-2007
UCA
INCAR
DIPC,UFM
UCA
GAN
INASMET
INASMET,TEKNIKER,CIDETEC,UPV,GAIK
UPV
SINT,
CARAC,
FUNC
AIN
UBU
UVA
ICMAB
ICB,INA
ICMMUAM
ICP,ICV
ICB
IEM,UCM
IMB,UB,UPC,UB,IIQA
UPC,UB,CCP
UCM,UNED,ICMM
UAL,UMH
UAL
UMA
COMPOS
ENER-MA
UCLM
UMU
SENS
IMB,ICMAB,UAB,URV,UPC
UCM,CNB,UAM
UGR
TEORIA
CNTs EN EL PLAN NACIONAL DE I+D+I 2004-2007
Energías Alternativas & Nanofibras
Farmacia & Clinicos & Terapeúticos
Recubrimientos & Func. Super. & Esmaltes
Electrónica & Componentes & Semiconductores
Equipamientos & Herramientas
Opticos & Láseres
Plásticos & Polímeros
Sensores & Automatización
Productos Químicos & Aleaciones & Mater.
Anal. Genético & Lab. Biol. Mol.
Procesados & Herramientas
Agroalimentación
Construcción
Electrodomésticos & Envasado
Gases & Aerosoles
Cerámicos
TOTAL:
188 EMPRESAS
0
5
10
15
20
25
LA CONVOCATORIA DE PROYECTOS FUE TAMBIÉN UN MUESTREO DE
LAS EMPRESAS INTERESADAS DE FORMA DIRECTA O INDIRECTA EN
NANOTECNOLOGÍA.
30
INFORME OPTI. NANOTECNOLOGÍA EN HORIZONTE 2020.
¿EXISTE EN ESPAÑA CAPACIDAD INDUSTRIAL EN LOS DIFERENTES
TEMAS DE NANOTECNOLOGÍA?
40
38,5
33,1
35
30
25
20,9
% 20
15
7,5
10
5
0
1
2
3
4
• ¿ES IGUAL LA SITUACION EN TODOS LOS TEMAS RELACIONADOS
CON LA APLICACIÓN INDUSTRIAL DE LAS NANOTECNOLOGÍAS?
• ¿DÓNDE TENEMOS MÁS POTENCIAL INVESTIGADOR?
• ¿QUÉ ÁREAS INTERESAN MÁS A NUESTRO MERCADO?
AREAS DE APLICACIÓN DE LOS CNT EN EL AREA DE LA
ELECTRÓNICA
4
INTERCONECTORES
NUEVOS TRANSISTORES
3
FE: LITOGRAFÍA
OPTOELECTRONICA
2
¡NO APARECE EL TEMA
DE LA EMISIÓN!
ESPINTRONICA
4
1
0
TEMAS RELEVANTES:
•TRANSISTORES
•OPTOELECTRÓNICA
3
2010
2015
2020
2
1: TECNOLOGIA EMERGENTE /
FASE LABORATORIO
2: FASE DE DEMOSTRADORES
3: FASE DE DESARROLLO
INDUSTRIAL
4: FASE DE COMERCIALIZACION
1
0
CA
CA
AT
ME
RA
PA
PA
RC
CT
C.
CID
AD
I
I
O
N
V
AD
OC
DU
C-T
ST.
T
AREAS DE APLICACIÓN DE LOS CNT EN LAS AREAS DE
SENSORES, INSTRUMENTACION, MECÁNICA (SPM)
4
SENSORES QUÍMICOS Y
BIOLOGICOS
SENSORES MEC.
3
TRIBOLOGÍA
TEMAS RELEVANTES:
•SENSORES
•SONDAS SPM
•NEMS/MEMS
NEMS / MEMS
2
SONDAS SPM
4
1
0
3
2010
2015
2020
2
1: TECNOLOGIA EMERGENTE /
FASE LABORATORIO
2: FASE DE DEMOSTRADORES
3: FASE DE DESARROLLO
INDUSTRIAL
4: FASE DE COMERCIALIZACION
1
0
CA
CA
AT
ME
RA
PA
PA
RC
CT
C.
CID
AD
I
I
O
N
V
AD
OC
DU
C-T
ST.
T
AREAS DE APLICACIÓN DE LAS NANOTUBOS DE CARBONO EN EL
AREA BIOTECNOLOGIA, MEDICINA Y QUÍMICA
4
ADSORCIÓN /
ABSORCIÓN
CATALIZADORES
3
LIBERACION
FARMACOS
IMPLANTES
2
4
1
0
TEMAS RELEVANTES:
•CATALIZADORES
•LIBERACIÓN FARMACOS
•IMPLANTES
3
2010
2015
2020
2
1: TECNOLOGIA EMERGENTE /
FASE LABORATORIO
2: FASE DE DEMOSTRADORES
3: FASE DE DESARROLLO
INDUSTRIAL
4: FASE DE COMERCIALIZACION
1
0
CA
CA
AT
ME
RA
PA
PA
RC
CT
C.
CID
AD
I
I
N
O
V
AD
OC
DU
C-T
ST.
T
AREAS DE APLICACIÓN DE LAS NANOTUBOS DE CARBONO EN
LAS ÁREAS DE MATERIALES Y FOTÓNICA
4
MATERIALES: FIBRAS Y
TEXTILES TÉCNICOS
3
MATERIALES:
COMPOSITES
FOTÓNICA
2
4
1
0
TEMAS RELEVANTES:
•TEXTILES TÉCNICOS
•COMPOSITES
•FOTÓNICA
3
2010
2015
2020
2
1: TECNOLOGIA EMERGENTE /
FASE LABORATORIO
2: FASE DE DEMOSTRADORES
3: FASE DE DESARROLLO
INDUSTRIAL
4: FASE DE COMERCIALIZACION
1
0
CA
CA
AT
ME
RA
PA
PA
RC
CT
CID
C.
AD
I
I
O
N
V
AD
OC
DU
C-T
ST.
T
AREAS DE APLICACIÓN DE LAS NANOTUBOS DE CARBONO EN EL
ÁREA DE LA ENERGÍA
4
ALMACENAMIENTO H2
SUPERCONDENSADORES
3
PILAS COMBUSTIBLE
TEMAS RELEVANTES:
•ALMACENAMIENTO H2
•PILAS COMBUSTIBLE
•CELULAS SOLARES
BATERIAS ION-LITIO
2
CELULAS SOLARES
4
1
0
3
2010
2015
2020
2
1: TECNOLOGIA EMERGENTE /
FASE LABORATORIO
2: FASE DE DEMOSTRADORES
3: FASE DE DESARROLLO
INDUSTRIAL
4: FASE DE COMERCIALIZACION
1
0
CA
CA
AT
ME
RA
PA
PA
RC
CT
C.
CID
AD
I
I
O
N
V
AD
OC
DU
C-T
ST.
T
AREAS DE APLICACIÓN DE LAS NANOTUBOS DE CARBONO:
ESCENARIOS DE CRECIMIENTO
ASPECTOS COMUNES A TODOS LOS ESCENARIOS. SE PUEDE DECIR
QUE TODOS LOS TEMAS TIENEN INTERÉS CIENTÍFICO MEDIO-ALTO O
ALTO, Y A SU VEZ LOS GRUPOS DE INVESTIGACIÓN ESPAÑOLES
TIENEN CAPACIDAD MEDIA-BAJA O MEDIA-ALTA PARA GENERAR
NUEVOS CONOMICIMIENTOS.
ESCENARIO 1. SE FOMENTA POR IGUAL EL DESARROLLO EN TODAS
LAS ÁREAS, CON INDEPENDENCIA DEL GRADO DE DESARROLLO
INICIAL Y EL INTERÉS DEL MERCADO POR LAS APLICACIONES.
VERSIONES CRECIENTES. SE LOGRA UN CRECIMIENTO MODERADO
SIN QUE SE LOGRE LIDERAZGO A NIVEL INTERNACIONAL EN NINGÚN
CAMPO.
ESCENARIO 2. SE FOMENTA EL DESARROLLO EN AQUELLAS ÁREAS
EN LAS QUE HAY OPORTUNIDAD DE MERCADO, SIN TENER EN
CUENTA EL PUNTO DE PARTIDA.
AREAS DE APLICACIÓN DE LAS NANOTUBOS DE CARBONO:
ESCENARIOS DE CRECIMIENTO
ESCENARIO 3. SE POTENCIAN AQUELLAS ÁREAS EN LAS QUE
SIMULTÁNEAMENTE EXISTE UN BUEN PUNTO DE PARTIDA EN
CUANTO A DESARROLLO INDUSTRIAL Y HAY PERSPECTIVAS DE
GRANDES OPORTUNIDADES DE MERCADO:
•SENSORES
•SONDAS SPM
•TRIBOLOGÍA
•ADSORCIÓN/ABSORCIÓN
•CATALIZADORES
•LIBERACIÓN DE FÁRMACOS
•ALMACENAMIENTO H2
•PILAS DE COMBUSTBLE
•CELULAS SOLARES
•COMPOSITES
•FIBRAS TÉCNICAS
CNTs: EJEMPLOS DE FUTUROS DESARROLLOS
CNTs EN EL SUPERMERCADO…
…MUCHAS PROMESAS PERO POCA VISIBILIDAD POR AHORA.
CNTs: EJEMPLOS DE FUTUROS DESARROLLOS
2000
2040
•Primera fase (2000-2020): PREDOMINIO TOP-DOW .
•Segunda fase (2010-2030): TRANSICIÓN TOP-DOWN A BOTTOM-UP
•Tercera fase (2020-2040): PREDOMINIO BOTTOM-UP
LA LLEGADA DE LA FASE BOTTOM-UP REQUIERE LA CAPACIDAD DE
PRODUCIR DE FORMA MASIVA CNTs CON PROPIEDADES CONCRETAS
(LONGITUD, RADIO, QUIRALIDAD, FORMA DE CIERRE, DOPADOS,
FUNCIONALIZACIÓN ,…) Y QUE SE UBIQUEN DE FORMA PREDEFINIDA
DE UNA FORMA CONCRETA FORMANDO ESTRUCTURAS 2D O 3D EN
LAS QUE CONVIVIRÁN CON OTROS NANODISPOSITIVOS O
NANOOBJETOS (PUNTOS CUÁNTICOS, NANOHILOS
SEMICONDUCTORES, ELECTRODOS METÁLICOS, CLUSTERS
MAGNÉTICOS, NEURONAS, VIRUS, ETC). SE REQUERIRÁ EL DOMINIO
DE LA FUNCIONALIZACIÓN, NANOMANIPULACIÓN A GRAN ESCALA,
AUTOENSAMBLADO, ETC.
CNTs: EJEMPLOS DE FUTUROS DESARROLLOS
C. Dekker, NL
P.J. de Pablo, J. Gómez-Herrero, C. GómezNavarro, UAM, España
Ken Teo (Universidad de Cambridge, UK)
CNTs: EJEMPLOS DE FUTUROS DESARROLLOS
Imagen de fuerzas
electrostáticas de un
MWCNT de 18 nm de
diámetro emitiendo
electrónes desde su apex.
M. Zdrijek
(Universidad de Varsovia,
Polonia)
Esta imagén fue finalista
del concurso SPMAGE07
CNTs: EJEMPLOS DE FUTUROS DESARROLLOS
AQUELLAS APLICACIONES QUE REQUIERAN DESARROLLOS BOTTOMUP SERÁN LAS QUE ENTRARÁN MÁS TARDE EN FASE DE
DEMOSTRADORES,
DE
DESARROLLO
INDUSTRIAL,
O
DE
COMERCIALIZACIÓN.
¿CÓMO VAN A ENTRAR LOS CNTS EN LA INDUSTRIA A CORTO-MEDIO
PLAZO?
OBVIAMENTE EN DISEÑOS Y APLICACIONES QUE NO REQUIERAN
NANOMANIPULACIÓN, NI AUTOENSAMBLADO, NI COMPLEJAS
FUNCIONALIZACIONES, NI CANTIDADES MASIVAS DE CNTs DE
GEOMETRÍAS ESPECÍFICAS… ¿EXISTEN OTRAS OPCIONES EN EL
CORTO PLAZO?
CNTs: EJEMPLOS DE FUTUROS DESARROLLOS
E. S. Snow, J. P. Novak, P. M. Campbell, and D. Park "Random networks of
carbon nanotubes as an electronic material," Appl. Phys. Lett., 82, 2145 –
2147 (2003).
J.P. Novak, E.S. Snow, E.J. Houser, D. Park, J.L. Stepnowoski,
and R.A. McGill, "Nerve Agent Detection Using Networks of Single-Wall
Carbon Nanotubes," Appl. Phys. Lett. 83, 4026-4028 (2003).
CNTs: EJEMPLOS DE APLICACIONES FUTURAS
Tejidos conductores
D.S. Hecht, L. Hu, G. Grüner, "Electronic Properties of Carbon
Nanotube/Fabric Composites", Current Applied Physics, AIP (2005)
CNTs: EJEMPLOS DE APLICACIONES FUTURAS
Impresión de nanotubos sobre elementos transparentes y flexibles
L. Hu, G. Grüner, J. Gong, C-J Kim, B. Hornbostel, "Electrowetting
Devices with Transparent Single-walled Carbon Nanotube Electrodes",
Applied Physics Letters, 90, 093124 (2007)
CNTs: EJEMPLOS DE APLICACIONES FUTURAS
Impresión de nanotubos sobre elementos transparentes y flexibles
L. Hu, G. Grüner, D. Li, R. B. Kaner, J. Cech, "Patternable Transparent
Carbon Nanotube Film for Electrochromic Devices", Journal of Applied
Physics, 101, 016102 (2007)
CNTs: EJEMPLOS DE APLICACIONES FUTURAS
Emisión por nanotubos impresos sobre regiones concretas
Carbono tipo coral
Coral-like C
haces de
electrones
substrato
conductor
nanotubos de carbono
CNTs: EJEMPLOS DE APLICACIONES FUTURAS
Sensor magnético
Co
ele llec
ct tor
ro
de
s
Vs
W
Sistema de detección
x
We
D
Ve+Vd
Sistema emisor
Wedge emitter
nanotubos de carbono
Ve
B
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
i
Norm. current density
Norm. current density
CNTs: EJEMPLOS DE APLICACIONES FUTURAS
Sensor magnético
i
L
R
400
y(µm)
400
y(µm)
current detectors
500
500
300
200
B= 0 T
V = 100 V
100
V = 200 V
0
-200
1,00
0,75
0,50
0,25
0,00
e
s
-150
-100
-50
0
y(µm)
50
100
150
200
300
200
B= 20 mT
V =100 V
100
V =200 V
e
s
0
-200 -150 -100 -50
0
x(µm)
50
100
150
200
CNTs: EJEMPLOS DE APLICACIONES FUTURAS
Sensor de presión
25
(a)
20
15
10
30
5
4
3
2
1
0
wedge
emitter
profile
0
20
membrane
profile
Pressure
50 Pa
10 20 30 40 50
Pressure (Pa)
40 Pa
30 Pa
20 Pa
10
10 Pa
0
5
Electric field (V/nm)
Membrane deflection (µm)
Log (Relative intensity)
40
-0.4
-0.2
0.0
0.2
x coordinate (mm)
0
0
10
20
30
Pressure (Pa)
40
50
0.4
CNTs: EJEMPLOS DE APLICACIONES FUTURAS
Detectores/Secuenciadores de ADN
Label-free detection of DNA hybridization using carbon nanotube
network field-effect transistors.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2006 Jan 24;103(4):921-6.
Star A, Tu E, Niegan J, Gabriel JC, Joiner CS, Valcke C.
Nanomix, Inc., Emeryville, CA 94608, USA.
We report carbon nanotube network field-effect transistors (NTNFETs) that function as
selective detectors of DNA immobilization and hybridization. Implementation of label-free
electronic detection assays using NTNFETs constitutes an important step toward low-cost,
low-complexity, highly sensitive and accurate molecular diagnostics.
IMPULSO DE LA NANOTECNOLOGÍA A CORTO PLAZO
IMPULSO DE LA NANOTECNOLOGÍA A CORTO PLAZO
Gasto público en NT en 2004.
La situación no ha mejorado
sustancialmente en cuanto a
proyectos pero sí en nuevos
centros e infraestructuras.
CNTs EN EL PLAN NACIONAL DE I+D+I 2008-2011
• Acción Estratégica de Nanociencia y Nanotecnología, Nuevos
Materiales y Nuevos Procesos Industriales.
Objetivo global de mejorar la competitividad de la industria española
mediante la generación de cambios sustanciales en un amplio rango
de sectores. La acción estratégica pretende la reducción de la escala
de síntesis, manipulación y transformación de los materiales que
constituyen la base de nuestras economías, desde el nivel macro al
micro y nano.
• Instrumentos incluidos en el área:
-RR.HH.
-Proyectos
-Infraestructuras
-Articulación sistema (Redes, etc)
-Otras…
• Órganos de gestión: Paneles científicos y gestores por definir.
• Presupuesto plurianual: por definir.
• Además seguirán los programas dentro de INGENIO (CENIT,
CONSOLIDER).
CNTs EN EL PLAN NACIONAL DE I+D+I 2008-2011
• Línea 1. Nanotecnologías aplicadas en materiales y
nuevos materiales en el ámbito de la salud.
• Línea 2. Nanotecnologías para la información y
telecomunicaciones.
• Línea 3. Nanotecnologías en relación con la industria y
el medioambiente.
• Línea 4. Materiales inteligentes basados en el
conocimiento con propiedades a medida y materiales y
recubrimientos de altas prestaciones para nuevos
productos y procesos.
• Línea 5. Avances en tecnología y procesado de materiales.
• Línea 6. Desarrollo y validación de nuevos modelos y estrategias
industriales. Nuevas tecnologías para el diseño y los procesos de
fabricación. Producción en red.
• Línea 7. Explotación de tecnologías convergentes.
¿QUE DEBEMOS HACER? SUGERENCIAS
•
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FOMENTAR LA COOPERACIÓN ENTRE AGENTES DEL SISTEMA DE
CIENCIA Y TECNOLOGÍA (PARA EMPEZAR MEJORAR LA COORDINACIÓN
ENTRE ADMINISTRACIONES PÚBLICAS)
MEJORAR LA GESTIÓN E IMPLANTAR EL SEGUIMIENTO DE PROYECTOS
(MÁS SEGUIMIENTO CUANTO MÁS RECURSOS SE DESTINEN A LOS
PROYECTOS).
NO DEJAR DE FINANCIAR LA INVESTIGACIÓN BÁSICA PARA FINANCIAR
LA APLICADA U ORIENTADA.
ABRIRSE A LA INCORPORACIÓN DE INVESTIGADORES DE OTROS PAÍSES
PARA INCREMENTAR LA COMUNIDAD CIENTÍFICA
COORDINAR LAS INVESTIGACIONES QUE SE LLEVAN A CABO EN LOS
DIVERSOS CENTROS PARA OPTIMIZAR LOS RECURSOS
APOSTAR POR LA FABRICACION EN MASA DE CNTs EN ESPAÑA PARA
PODER ABORDAR RETOS INDUSTRIALES A CORTO-MEDIO PLAZO EN
SECTORES DE MATERIALES COMPUESTOS, SENSORES, ETC.
APOSTAR POR LA CREACIÓN DE NEBT EN TODOS LOS ÁMBITOS Y EN
NANOTECNOLOGÍA EN PARTÍCULAR ( APOSTAR ES FACILITAR EL
CAMINO BUROCRÁTICO-FINANCIERO).
ENFOCAR LAS NUEVAS LINEAS DE APOYO A LA INVESTIGACIÓN EN CNTs
HACIA TEMAS CON UN BUEN PUNTO DE PARTIDA INDUSTRIAL Y
ESPECTATIVAS DE MERCADO.
NO OLVIDAR LOS ASPECTOS RELACIONADOS CON NANOTOXICOLOGÍA