Nanomateriales

Paola Andrea Rivera DazPaula Andrea Rodrguez JimnezJhoan Sebastin Reyes Fuentes

Universidad Militar Nueva GranadaFacultad de IngenieraIngeniera CivilBogot D.C2015Abstract La nanotecnologa es el estudio de objetos o dispositivos de un tamao reducido. Los nanomateriales que contienen nanopartculas, de un tamao que no supera los 100 nanmetros son una parte importante de la nanotecnologa. Los nanomateriales empezaron a utilizarse en diferentes campos como el sanitario, la electrnica y la cosmtica, etc. Sus propiedades fsicas y qumicas son diferentes a las de otros tipos de materiales conocidos por lo que requieren una evaluacin de riesgos minuciosa. Esta debe cubrir los riesgos para la salud, as como posibles riesgos medioambientales.

Prefacio En pleno siglo XXI no es un secreto que las diferentes zonas de la industria, comercio y salud se han visto invadidas por nuevas tecnologas que se han empezado a ver como una ciencia, la cual va ganando su lugar en cada una de estos campos, razn por la cual se ve que desde los alimentos hasta los materiales industriales estn siendo modificados con nanomateriales tanto para mejorar su produccin como sus propiedades. La ingeniera civil como el resto de las disciplinas, se ha visto sumergida en esta nueva ciencia ayudando a aumentar propiedades de los diferentes materiales utilizados en el proceso de construccin a lo largo del mundo, un ejemplo de esto es la utilizacin de nanomateriales en la preparacin de metales como el acero y materiales producidos como el cemento, formas en las que los cientficos buscan mejorar la resistencia mecnica y resistencia a la humedad, por esta razn algunos materiales convencionales que no han sido modificados se ven afectados con esta nueva ciencia, aunque cabe aclarar que otros campos se ven afectados por este tipo de materiales como la salud y el medio ambiente, por eso la nanociencia est constantemente en investigaciones para solucionar los problemas que aparecen con este tipo de materiales

Tabla de contenidoConceptos bsicos....1

Materia....1

tomo.........1

Molcula.....1

Nanociencia........1

Nanotecnologa...2

Escala fsica de materiales y estructuras.....2

Nanomaterial....3

Clasificacin de los nanomateriales....3

Segn su composicin3

Segn su forma..4

Aplicaciones de los nanomateriales en la ingeniera6

Bibliografa...9

Lista de tablasTabla 1. Escala fsica de materiales y estructuras. 2

Lista de figurasFigura 1. Nanotubos... 5Figura 2. Fullerenos....... 5Figura 3. Escaneo electrnico en microscopio de cemento nano-hidratado.. ... 6Figura 4. Nanoespuma de carbono. 8

Conceptos bsicos Para empezar a hablar de Nanomateriales es importante entender conceptos bsicos como: Materia. Es todo lo que ocupa un lugar en el espacio, est constituida por los elementos de la tierra entre los cuales entre los ms comunes tendramos el carbono, el oxgeno, el calcio y el hierro. tomo. Es la composicin de un elemento a partir de partculas, teniendo un ncleo, protones y neutrones. Los cuales tienen cargas positivas y negativas que hacen que se atraigan entre s formando su estructura, dando carga a los neutrones dependiendo del nivel de su rbita. Segn los electrones como los neutrones se da su peso atmico (aproximadamente la suma de neutrones y protones) y su nmero atmico (determinado por el nmero de protones alrededor del tomo). Molcula. Es la unin de dos o ms tomos unidos por enlaces qumicos, los cuales se encuentran divididos en dos partes. Enlace inico. Dado como la atraccin de partculas por carga electrnica opuesta (Neutrones y protones) de forma que su separacin se da en el agua dando as el resultado de iones libres. Enlace covalente. Es la unin de molculas resultante de electrones compartidos los cuales a su vez se organizan en orbitas moleculares que terminan envolviendo el ncleo. Nanociencia. Dado como el estudio de sistemas cuyo tamao es de unos pocos nanmetros. La nanociencia se encarga de comprender que pasa con el tamao de estas escalas mientras que la nanotecnologa es la encargada de su manejo. La nanociencia es diferente a otras ciencias por que se encarga de propiedades que solo se pueden percibir a nivel microscpico en el cual no se investigan como tal sus elementos si no se encargan de la investigacin de sus tomos y molculas. Nanotecnologa. La nanotecnologa es el estudio, diseo, creacin, sntesis y manipulacin de sus estructuras moleculares y sus tomos, dando origen a propiedades nuevas las cuales son implementadas en diferentes zonas como pueden llegar a ser la industria y la medicina. Escala fsica en materiales y estructuras. El origen de Nano viene gracias a las unidades de medida el cual est referido a micro (millonsima) y nano (mil millonsima).Tabla 1.Escala fsica de materiales y estructuras

Nanomaterial Nanomaterial es aquel material que posee unas caractersticas estructurales que hace que al menos una de sus dimensiones est en el intervalo de 1-100 nm (nanoescala). En trminos generales su preparacin se realiza a partir de un proceso de sntesis, en la llamada aproximacin botom-up, donde los bloques constituyentes (building blocks) se configuran y agrupan mediante estrategias controladas. (Consejo superior de investigaciones cientficas, C.S.I.C, (2007), Nuevos materiales en la sociedad del siglo XXI, Madrid, Espaa, Recuperado de http://www.icmm.csic.es/divulgacion/materiales.pdf).Clasificacin de los nanomateriales. Segn su composicin Carbono Estn compuestos en su mayora por carbono y suelen adoptar formas como esferas huecas, elipsoides o tubos. Este tipo de nanomateriales tienen muchas aplicaciones posibles, incluido el desarrollo de recubrimientos y pelculas mejoradas, materiales ms ligeros y resistentes y muchos otros usos en el campo de la electrnica. MetalesEstos incluyenpuntos cunticos,nanopartculas de oroy plata y xidos metlicos como el dixido de titanio. Dendrmeros Estos nanomateriales son polmeros de tamao nanomtrico construidos a partir de unidades ramificadas. La superficie de un dendrmero tiene numerosos extremos de cadena, que se pueden adaptar para desempear funciones qumicas especficas. Esta propiedad se podra utilizar tambin para la catlisis. Adems, debido a que los dendrmeros tridimensionales contienen cavidades interiores en las que se pueden introducir otras molculas, pueden ser tiles para la administracin de frmacos. (United StatesEnvironmental Protection Agency, U.S.E.P.A (2007). Noticias de nanotecnologa y nanociencia [Mensaje en un blog].Recuperado de http://boletin-noticias-nanotecnologia.euroresidentes.com/2007/03/clasificacin-de-nanomateriales.html) Compuestos Los nanomateriales compuestos unen las nanopartculas entre s o con materiales de mayor tamao. Algunas nanopartculas, como la arcilla, ya se estn usando en numerosos productos, desde piezas de automviles a materiales de empaquetado estos mejoran sus propiedades mecnicas, trmicas, etc. Segn su forma Nanocompositos. Estos materiales compuestos por el polmero estn formados por nanofases, es decir, poseen una microestructura compuesta por cristales o partculas con dimensiones nanomtricas. Se ha encontrado que los nanocompositos mejoran de manera significativa las propiedades del polmero. Nanopartculas. Son partculas con dimensiones controladas (unidades, decenas o centenas de nanmetros). Pueden ser semiconductoras, metlicas, xidos, magnticas, etc. Nanotubos. Pueden encontrarse de carbono o no carbonados, compositos, nanohilos (metlicos, semiconductores, xidos, etc.).Su estructura puede considerarse como una lmina enrollada sobre s misma.

Figura 1.Nanotubos Fullerenos Losfullerenosson un conjunto de formas moleculares del carbono, diferentes deldiamantey delgrafito. Son molculas con formas esferoidales, muy estables, ya que no poseen enlaces libres, y dan lugar a slidos moleculares blandos. Sus aplicaciones varan, en la qumica se usan como catalizadores y en fotodetectores de rayos X, en telecomunicaciones, como recolectores de radicales libres, en pilas de combustible ya que sus propiedades pticas cambian mucho al exponerse a la luz.

Figura 2. Fullerenos

Aplicaciones en la ingeniera Nano materiales (Concreto). El concreto puede ser nano modificado mediante la incorporacin de nano materiales para controlar el comportamiento de los materiales y adicionar nuevas propiedades, o mediante la modificacin de molculas en las partculas de cemento, agregado y aditivos para aportar nuevas funcionalidades. (360 grados en concreto. (2014). La nanotecnologa aplicada al concreto [Mensaje en un blog]. Recuperado de http://blog.360gradosenconcreto.com/la-nanotecnologia-aplicada-al-concreto/ ) Al ser muy verstil, ha venido siendo nano modificado para mejorar la calidad del mismo, al alterar sus propiedades se est generando un desarrollo tecnolgico para la ingeniera, los aplicaciones de los nano materiales en el concreto son variadas por ejemplo: el concreto con baja resistividad elctrica; la auto reparacin de micro fisuras, etc.

Figura 3.Escaneo electrnico en microscopio de cemento nano-hidratado Nanotubos Como parte de los nanos materiales ms desarrollados, se encuentran los nanotubos, estructuras tubulares de diversos materiales tales como: el silicio, nitruro de boro. Pero el ms comnmente usado es el nanotubo de carbono, Las aplicaciones de los nanotubos son variadas y extensas, abarca desde la electrnica, medicina, ingeniera, bioqumica; como por ejemplo los dispositivos nanos elctricos, hasta en los microscopios de sonda. Esto se debe a las propiedades de estos; la alineacin hexagonal y altos rendimientos energticos gracias a su forma cilndrica lo hacen un nano material ptimo para desarrollar tecnologa Algunos autores destacan la capacidad de estos para modificar y mejorar las propiedades mecnicas de diversos materiales .esta es Una contribucin importante al desarrollo de materiales nano modificados de los cuales se obtiene mayor calidad ; Por ejemplo, en los nanotubos de sper alta resistencia a la traccin se estima una resistencia hasta ms de 20 veces superior a la del acero tradicional (llegando a los 45 GPa) lo que permite determinar que esta tecnologa es un componente de refuerzo ideal para las fibras modernas. (360 grados en concreto. (2014). La nanotecnologa aplicada al concreto [Mensaje en un blog]. Recuperado de http://blog.360gradosenconcreto.com/la-nanotecnologia-aplicada-al-concreto/) Nano materiales de captacin solar Las estructuras nanocristalinas pueden crear un aumento en la eficacia de la absorcin de la energa solar. Para la ingeniera y la arquitectura es un reto poder captar y trasmitir la energa solar en los proyectos de construccin, por esta razn se ha venido desarrollando placas fotovoltaicas y nano pigmentos que concentran la radiacin solar, almacenndola para posteriormente ser utilizado , Otros absorben los rayos UV que son nocivos para la salud . Estos nuevos materiales pueden ser una gran ayuda para adquirir edificaciones ms eficaces en el cuidado del medio ambiente. Nano espumas La nueva innovacin son las llamadas nano espumas los cuales son materiales aislantes con densidades similares al aire, utilizadas en el trabajo espacial como aislante trmico; ha comenzado a ser estudiado en la ingeniera civil por su aporte al aislamiento trmico. Son sistemas basados en la captacin de energa calorfica lo que la hace ideal para fachadas o paneles de separacin. Sus cambios energticos contribuyen a la estabilizacin trmica en interiores y al ahorro en sistemas de climatizacin.

Figura 4 Nanoespuma de carbono

Bibliografa Ingeniera (2007). Metodologa de la investigacin, Nanomateriales, Per. http://www.ingenieria.peru-v.com/documentos/Nanomateriales.pdf Consejo superior de investigaciones cientficas, C.S.I.C, (2007), Nuevos materiales en la sociedad del siglo XXI, Madrid, Espaa, Recuperado de http://www.icmm.csic.es/divulgacion/materiales.pdf United StatesEnvironmental Protection Agency, U.S.E.P.A (2007). Noticias de nanotecnologa y nanociencia [Mensaje en un blog].Recuperado de http://boletin-noticias-nanotecnologia.euroresidentes.com/2007/03/clasificacin-de-nanomateriales.html 360 grados en concreto. (2014). La nanotecnologa aplicada al concreto [Mensaje en un blog]. Recuperado de http://blog.360gradosenconcreto.com/la-nanotecnologia-aplicada-al-concreto/ Instituto tecnolgico del plstico, I.T.P, (2013) nanomateriales en construccin una revolucin del siglo XXI [Mensaje en un blog]. Recuperado de www.aimplas.es/blog/nanomateriales-en-construccion-una-revolucion-para-el-siglo-xxi