Nanomateriales

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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 comoreferencia el trabajo de personal del Programa de Mecánica y Materiales en la Dirección de Ingeniería de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF), Arlington, Virginia, USA.

A comienzos de siglo, la NSF reconoce a las siguientes tres tecnologías trascendentales:

• Microelectrónica: cada dos años se duplica la cantidad de transistores en un circuito integrado obligando a ir la nanotecnología para lareducción 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, y consolidado una nueva disciplina en los campos tecnológico, económico, social, político y cultural a nivelinternacional.

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/estructurasinteligentes.

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

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 su vez es igual al número de electrones que giran alrededor de él. A su vez, el peso atómico es aproximadamente igual a la suma del númerode 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 del elemento (con igual número atómico pero diferente peso atómico).

La molécula

La molécula está formada por dos o más átomos unidos porenlaces 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 seorganizan 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 de estos tipos.

• Combinación de dos o más sustancias para formar una sustancia diferente.

• Disociación de una sustancia en dos o más.

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