Nanomateriales. características y aplicaciones

Introducción
Los nanomateriales son la piedra fundamental de la nanotecnología, y son materiales (metales, polímeros, semiconductores, óxidos, etc.) en los que al menos una de sus dimensiones es pequeña, del orden de algunos nanómetros (1 nm = 10-9 m).
La nanotecnología se ocupa de producir “a medida” sistemas de tamaños de alrededor del nanómetro, cuyas nuevas propiedades son consecuencia yfunción del tamaño, y de manejar la posición en el espacio de dichos nano-objetos e interactuar con ellos. Debido al tamaño, estos sistemas nanométricos tienen un comportamiento más parecido al de los átomos y moléculas individuales que al de los objetos que manejamos corrientemente.
En los nano-objetos la proporción de átomos en la superficie es extremadamente alta. Es decir, los nanomaterialestienen, entonces, una enorme superficie específica (cantidad de superficie que presenta una determinada cantidad de materia). En un nanomaterial, en el que la proporción de átomos en superficie es enorme, las propiedades de los átomos de superficie van a notarse mucho más que en un material común, y a veces incluso van a dominar el comportamiento del nanomaterial.
En un sólido, los enlaces de unátomo de superficie con el resto del sólido son más débiles y a veces hasta el orden espacial es distinto al de los átomos internos. Esto hace que introducir una superficie introduzca una inestabilidad. La energía de un sistema depende también de la energía de superficie, que depende de cuánta superficie hay. La energía que hay que gastar para crear una unidad de área se llama tensión superficial yrefleja la inestabilidad de los átomos situados en la superficie con respecto a los situados en el interior.
La tensión superficial es una cantidad positiva, dado que representa cuánto se desestabiliza un sistema por haber creado una superficie.
Nanopartículas y nano-objetos
Las nanopartículas, los nanotubos, los nanoalambres y los nanofilms son los “bloques de construcción” de lananotecnología. Por ejemplo, en los catalizadores que se encuentran en los tubos de escape de los coches se usan nanopartículas metálicas para optimizar la destrucción de gases contaminantes.
Cuando queremos formar cualquier objeto nanoscópico con una aplicación determinada, debemos controlar:
• Su estructura a nivel atómico-molecular.
• Su tamaño.
• Su forma.
• El tamaño de su superficie específica ycómo es.
Muchas veces se obtienen nanopartículas por molienda muy energética de partículas de grano mayor, lo que es muy común en el caso de los cerámicos. Otras veces, se generan nano-objetos por medio de métodos de grabado o litografía. Los métodos de molienda permiten obtener diversos materiales, son interesantes cuando hay un método precursor muy barato, pero no tienen el control fino queofrecen los métodos de “abajo-arriba”.
Una nanopartícula de una sustancia cualquiera, además de tener un tamaño pequeño, está formada por pocos átomos y una importante fracción de ellos está en su superficie, por lo que ésta tiene un rol energético importante. Crear superficie implica crear tensión superficial, lo que hace a la nanopartícula inestable energéticamente, un poco más inestable que unpedazo del mismo material. Es decir, las nanopartículas son inestables con respecto a los materiales “voluminosos”, por lo que las nanopartículas se convertirían alguna vez en partículas grandes, dado que eso lleva a tener menos energía. Pero no es tan fácil que una nanopartícula crezca ya que tiene que incorporar material desde alguna parte. Algunas nanopartículas tienen “cáscaras”, que hacen quesean más estables, en otros casos, para hacerlas crecer hace falta aportar continuamente material, lo que no siempre es posible. Otras deben disolverse para dar lugar a nanopartículas más grandes y no siempre son solubles.
Fabricación en la nanoescala
Existen dos vías diferentes para manejar el “mundo nano”:
• Para los que trabajan en el “mundo macroscópico” para llegar a la nanoescala hay...