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Nanomateriales

Retos en la investigación sobre mecánica y materiales.
Conceptos. Nanociencia y nano tecnología. Tipo de
nanomateriales. Aplicaciones y preocupaciones en relación
con el medio ambiente.

Retos en la investigación sobre mecánica y materiales
Este tema se aborda tomando como referencia el trabajo de personal del
Programa de Mecánica y Materiales en la Dirección deIngeniería de la
Fundación Nacional de Ciencias (NSF), Arlington, Virginia, USA.
Ken P. Chong and Jorn Larsen-Basse. Challenges in Mechanics and Materials
Research in the Twenty-First Centery. Journal of Materials in Civil
Engineering. Vol 17, N° 13, June 1, 2005. ASCE.
A comienzos de siglo, la NSF reconoce a las siguientes tres tecnologías
trascendentales:
•

Microelectrónica: cada dos años seduplica la cantidad de transistores
en un circuito integrado obligando a ir la nanotecnología para la
reducción de los tamaños.

•

Tecnología de información.

•

Biotecnología.

Aunque no se menciona explícitamente la nanotecnología entre estas tres,
su desarrollo en el presente siglo ha impactado notablemente la orientación
de las aplicaciones en la tierra y en el espacio, yconsolidado una nueva
disciplina en los campos tecnológico, económico, social, político y cultural
a nivel internacional.
Según la referencia, en el campo de la mecánica de sólidos y de la
ingeniería de materiales (mecánica/materiales) se consideran las siguientes
áreas críticas:
•

Bio (mecánica/materiales)

•

Mecánica/materiales en capa delgada.

•

Propagación de ondas

•

Nano(mecánica/materiales)

•

Simulación/modelaje.

•

Sistemas micro electro mecánicos

•

Materiales/estructuras inteligentes.

Conceptos
La materia
La materia está constituida por elementos, siendo 92 el número de ellos
conocidos en la Tierra. Entre los más comunes: carbono (como en la forma
de diamante o grafito, que son las más estables), el oxígeno (en el aire), el

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calcio(en los huevos, los huesos o los dientes), el hierro (incluso en la
sangre).

El átomo
Los elementos se componen de partículas, siendo la más pequeña el
átomo. A su vez el átomo tiene componentes más
pequeños: el núcleo, los protones, los neutrones y
los electrones (estos últimos giran alrededor del
núcleo). Por ello la estructura del átomo se suele
explicar a través de un modelo orbital.Los protones, con carga positiva, y los
neutrones, sin carga, están integrados en el
núcleo. Los electrones, con carga negativa,
tienen una cantidad de energía de acuerdo a su posición en la órbita
alrededor del núcleo. Las propiedades químicas de los átomos están
determinadas por sus electrones.
El número atómico está determinado por el número de protones en el
núcleo del átomo, que a suvez es igual al número de electrones que giran
alrededor de él. A su vez, el peso atómico es aproximadamente igual a la
suma del número de protones más el número de neutrones.
En un elemento determinado, los átomos tienen el mismo número de
protones. Sin embargo, pueden tener diferente número de neutrones (y de
ahí, diferente peso atómico). En este último caso, se les llama isótopos delelemento (con igual número atómico pero diferente peso atómico).

La molécula
La molécula está formada por dos o más átomos unidos por enlaces
químicos como fuerzas que los mantienen unidos. Los enlaces pueden ser
de dos tipos: iónico y covalente.
•

En el enlace iónico la atracción de partículas es por carga eléctrica
opuesta, como en el ClNa. Muchas sustancias iónicas se separan en
agua,produciendo iones libres.

•

En el enlace covalente las moléculas se forman por pares de electrones
compartidos, los cuales a su vez se organizan en órbitas moleculares
nuevas envolviendo a los núcleos de ambos átomos.

Compuestos químicos
En las reacciones químicas se intercambian electrones entre átomos que
pueden representarse por ecuaciones químicas. Estas reacciones pueden ser...