Nanomateriales.

NANOMATERIALES

LAURA GUTIERREZ TOCASUCHE                                 1102443

SERGIO GONZALEZ                                                1102441

DANIEL MARTIN                                                         1102450

MARTHA LISSETTE SANCHEZ CRUZ 

(DOCENTE)

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

FACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERIA CIVIL

BOGOTA D. C. 2016

NANOMATERIALES

Definición

En la nanociencia, los nanomateriales constituyen gran parte de su desarrollo. Nanomaterial se define a todo aquel material que tiene por lo menos una de sus dimensiones en el rango de la nanoescala, es decir, menor a 100 nanómetros o 1 µm (micrómetro).

Equivalencias del nanómetro:

Milímetro: 1 mm = 1 000 000 nm

Micrómetro: 1 µm = 1000 nm

Angstrom: 1 Å = 1/10 nm

Picómetro: 1 pm = 1/1000 nm

Propiedades

El desarrollo de propiedades depende de su principal cualidad, el tamaño: tienen una mayor área superficial (haciendo una relativa comparación con el mismo material pero a escala macroscópica) y por ende, el material es  más reactivo; por otra parte, los efectos cuánticos pueden afectar las propiedades de la materia, por lo que se estima que al disminuir la dimensión se adquiere un nuevo material.  

Tanto las propiedades físicas como químicas están relacionadas con el numero de átomos o moléculas que componen al material.

Propiedades físicas

Temperatura de fusión significativamente baja, debido a la fracción de átomos superficiales.

Propiedades mecánicas mejoradas con la disminución de tamaño, obteniendo mayor resistencia.

A menor dimensión, menor conductividad  eléctrica.

A mejor ordenamiento estructural, mayor conductividad eléctrica.

Auto purificación: dispersión de impurezas y desplazamiento estructural.

Elaboración

La elaboración de nanomateriales se lleva a cabo por medio de dos métodos usados en las nuevas nanotecnologías:

1. Método descendente o top-down (miniaturización): esta técnica produce estructuras pequeñas a partir de materiales de grandes dimensiones (de mayor a menor)

Presenta problemas como su elevado costo, complejidad en los patrones obtenidos creando imperfección superficial de la estructura (superficie por unidad de volumen muy grande), reducción en la conductividad y obtención excesiva de calor.

1. Método ascendente o bottom-up (autoensamblado): a partir de moléculas se crean estructuras de mayor tamaño; son estructuras organizadas obteniendo precisión en la interacción ente átomos o moléculas y mayor control de la materia.

Presenta menos defectos debido a la mejora de sus cualidades en la construcción de estructuras complejas en la superficie y la presencia de una composición química homogénea en estados de equilibrio termodinámico.    

[pic 1]

Ejemplo de autoensamblaje.

1. Ensamblaje interactivo.
2. Ensamblaje programado (nanopartículas de oro)

Clasificación

Según sus dimensiones

Nanomateriales de dimensión cero (0D)

Es el bloque más simple usado para el diseño de nanomateriales, mantiene el diámetro en el rango inferior de 100 nm.

En este grupo se encuentran: las nanopartículas (nanoestructuras amorfas) de origen natural, metálicas, semiconductoras, etc., con un tamaño aproximado a 10 nm; por otro lado se encuentran los nanoclusters (estructura amorfa), con un diámetro entre 1 y 10 nm, debido a su tamaño son más reactivas; y finalmente están los nanocristales (nanoestructuras monocristalinas), tamaño entre 1 y 30 nm.

Nanomateriales monodimensionales (1D)

Conserva dos dimensiones (alto y ancho), mientras su longitud es variable.

En este grupo se encuentran: los nanohilos (estructuras cristalinas alargadas), conductoras y semiconductoras, obtenidos de materiales metálicos y óxidos; los nanotubos (estructura tubular) materiales laminares inorgánicos.

[pic 2]

Nanomateriales bidimensionales (2D)

Nanomateriales formados por capas finas (nanocapas), áreas de tamaño indefinido, con un espesor que oscila entre 1 y 100 nm.

[pic 3]

Relación superficie-volumen

[pic 4]

Para obtener el mismo efecto, dependiendo de las características especificas del nanomaterial a utilizar, se va a hacer uso de la menor cantidad de producto.

La mayor eficacia de los productos se va realizar por medio de catálisis heterogénea, es decir, hacer uso de la superficie más activa; definiendo la ‘catálisis’ como una transformación química que permite reaccionar los cuerpos sin alterarlos y ‘catálisis heterogénea’ como la relación con las propiedades químicas del cuerpo por medio de las superficies elegidas como catalizador (química del solido).

...