Este documento presenta información sobre nanotecnología y sus aplicaciones en energías renovables. Explica conceptos clave como nano escala, las características de la nanotecnología y los primeros estudios e investigaciones en este campo desde 1959. También describe cómo la nanotecnología se aplicó por primera vez en microscopía de campo cercano en los años 80 y menciona algunas aplicaciones actuales y potenciales en energía y medicina.

1. Materiales en un sistema energético
Nombre: José Cruz Guerrero González
Sábado 02 de febrero del 2019
CEI: josecruzguerrero@nube.unadmexico.mx
Unidad 1. Materiales y nanotecnología
Carrera. Ingeniería en Energías Renovables
Foto fuente:
http://ecosalud.info/ambiente/la-invasion-
silenciosa-las-nanoparticulas/

2. Preguntas y respuestas de nanotecnología
• ¿Qué es nanotecnología?
• ¿Qué es nano escala?
• Menciona 3 características principales que definan a la
nanotecnología
• ¿Cuándo empezó su etapa de estudio? Explicar
• ¿Cuál fue el motivo y si se logró el primer objetivo?
• ¿En qué campo se aplicó por primera vez?
Fuente foto:
https://theroombottom.wordpress.com/historia-
de-la-nanotecnologia/

3. ¿Qué es nanotecnología?
La palabra "nanotecnología" es usada
extensivamente para definir las ciencias y técnicas
que se aplican a un nivel de nanoescala, esto es
unas medidas extremadamente pequeñas "nanos"
que permiten trabajar y manipular las estructuras
moleculares y sus átomos. En síntesis, nos llevaría
a la posibilidad de fabricar materiales y máquinas
a partir del reordenamiento de átomos y
moléculas. El desarrollo de esta disciplina se
produce a partir de las propuestas de Richard
Feynman.
Y la mejor definición es la siguiente: La
nanotecnología es el estudio, diseño, creación,
síntesis, manipulación y aplicación de materiales,
aparatos y sistemas funcionales a través del
control de la materia a nano escala, y la
explotación de fenómenos y propiedades de la
materia a nano escala.
Fuente foto;
https://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecn
ologia/nanotecnologia_que_es.htm

4. ¿Qué es nano escala?
La escala nanoscópica, escala nanométrica, Nivel Nanoscópico o simplemente nanoescala,
se hace referencia normalmente a las estructuras con una escala de longitud aplicable a la
nanotecnología, generalmente citado con una variación de 1 a 100 nanómetros. La escala
nanoscópica está casi en el límite inferior de la escala mesoscópica, utilizada en la mayor parte de
los sólidos.
Un nanómetro (nm) es la 1000 millonésima parte de un metro. Para comparaciones, una célula de
sangre roja es aproximadamente 7.000 nanómetros de ancho y una molécula de agua es casi 0.3
nanómetros de tamaño.
Fuente foto:
http://valengabym
afe.blogspot.com/
2014/05/que-es-
nanoescala.html

5. Mencionar 3 características
principales que definan a la
nanotecnología
 Trabaja a escala nanométrica (de 1 a 100 nm).
 Utiliza procedimientos tanto biológicos como
materiales.
 A través de ella se pueden controlar átomos y
moléculas.
Fuente foto:
https://es.scribd.com/doc/112512128/Cuales-son-
las-caracteristicas-de-la-nanotecnologia
Fuente foto:
https://es.scribd.com/doc/112512128/Cuales-son-las-
caracteristicas-de-la-nanotecnologia

6. ¿Cuándo empezó su etapa de
estudio?
Las referencias iniciales a la nanotecnología fueron
presentadas en 1959 por el físico norteamericano
Richard Feynmann en una conferencia (ahora
cita obligada) titulada: There's Plenty of Room at
the Bottom, en la cual vislumbró la posibilidad de
manipular materiales a escala atómica y
molecular: ver diapositiva siguiente
Fuente foto: https://naukas.com/2018/08/03/avances-limites-
y-problemas-de-la-nanotecnologia/

7. [...] Las leyes de la física, hasta donde yo
puedo comprender, no nos prohíben la
posibilidad de manipular la naturaleza átomo
por átomo... no es un intento de violar ninguna
ley [...] pero en la práctica, no se ha hecho
porque somos muy grandes [...] los problemas
de la química y la biología pueden ser en gran
parte resueltos si nuestra habilidad para ver lo
que estamos haciendo y para hacer cosas a
nivel atómico finalmente es desarrollada [...] un
desarrollo el cual creo que finalmente no puede
ser evitado [...]

8. El término "nanotecnología"
fue usado por primera vez en
1974 por Norio Taniguchi, un
investigador de la Universidad
de Tokio, quien señalaba así la
capacidad de manejar
materiales a nivel
nanométrico.
Fuente foto;
https://alchet
ron.com/Nori
o-Taniguchi

9. Etapa de estudio
A pesar de la aportación de Feynman, hubo que
esperar a 1986 para que sus ideas se concretaran.
En ese año, E. Drexler publicó su libro «Engines of
Creation» en el que describe cómo las
nanomáquinas serán capaces de construir desde
ordenadores hasta maquinaria pesada,
ensamblando molécula a molécula.
Fuente foto:
https://es.wikipedia.org/wiki/Historia
_de_la_nanotecnolog%C3%ADa

10. El rango de tamaño de mayor interés para la nanociencia y las
nanotecnologías es de 100 nm o menos (aunque no se trata de una
división estricta) debido a que es entonces que los materiales pueden
realzar sus propiedades o adquirir otras totalmente diferentes.
Se tienen dos aproximaciones de estudio.
 Top down (de arriba a abajo): metodología basada en métodos que
los que se busca lo pequeño a partir de lo grande. Es la más
utilizada actualmente.
 Botton up (de abajo hacia arriba): es la metodología realmente
revolucionaria porque busca crear complejidad a partir de
elementos funcionales atómicos y moleculares, acercándose a un
modo de proceder similar al que la vida ha ido perfeccionando en
la Tierra durante los últimos 3.700 millones de años.

11. ¿Cuál fue el motivo y
si se logró el primer
objetivo?
El motivo fue causado por la
convergencia de varios avances e
invenciones experimentales tales
como el microscopio de efecto túnel
en 1981 y el descubrimiento del
fullereno en 1985, así como la
formulación y popularización del
marco conceptual sobre las metas de
la nanotecnología que iniciaron con la
publicación en 1986 del libro Motores
de la Creación.
Foto fuente: https://www.tiki-
toki.com/timeline/entry/626439/Descubri
miento-de-los-fullerenos/

12. ¿Se logró el objetivo?
El campo de la nanotecnología es de creciente interés público y ha
sido controversial, en particular a inicios del siglo XXI, cuando debates
entre prominentes personajes del área tuvieron lugar, en particular
sobre sus implicaciones potenciales, así como la factibilidad de las
predicciones hechas por los partidarios de la nanotecnología
molecular.
En la primera década del siglo XXI, se ha presenciado los inicios de la
comercialización de la nanotecnología, aunque en la mayoría de los
casos es limitada a aplicaciones de gran volumen más que en las
aplicaciones disruptivas y revolucionarias que se han propuesto para
el campo.
Por lo tanto, todavía falta mucha investigación para conocer los
efectos en la salud humana y medio ambiente, y poder dar el paso a
la aplicación en varias ramas de la tecnología y medicina.

13. ¿En qué campo se aplicó por
primera vez?
A principios de la década de los 80 la aparición de los llamados
microscopios de campo cercano (del inglés Scanning Probe
Microscopy, SPM) demostró que el sueño de Feynman era
posible.
La microscopía SPM (del inglés Scanning Probe Microscopy,
[Probe = “sonda”] traducido como “microscopía de campo
cercano”) consiste en aproximar una punta o “sonda” a una
superficie que se quiera visualizar y medir la interacción entre
la punta y la superficie. Moviendo la punta sobre la superficie
(en inglés scanning) se obtiene un mapa de esta interacción y
por lo tanto una imagen de la muestra en estudio. En función
de la interacción que se utilice tenemos los diversos
microscopios que abarcan esta técnica. Así, el microscopio de
efecto túnel STM (Scanning Tunnelling Microscope) mide la
corriente eléctrica que aparece entre punta y muestra cuando
aplicamos una diferencia de potencial entre ambas.
Foto fuente:
http://www.phantomsnet.net/Resources/files/C
ampocercano_alta.pdf

14. El microscopio de fuerzas AFM (Atomic Force Microscope) mide las
fuerzas de la interacción que haya entre punta y muestra cuando
se encuentran próximas. El microscopio de fuerzas magnéticas
MFM (Magnetic Force Microscope) es una variante del AFM donde
se mide la interacción magnética. El microscopio óptico de campo
cercano SNOM (Scanning Near-Field Optical Microscope) mide la
luz evanescente reflejada o trasmitida por la muestra. El hecho de
que todos estos parámetros de interacción decaigan rápidamente
con la distancia, hace necesario que la distancia entre punta y
muestra en estos microscopios sea del orden o inferior al
nanómetro (1 nanómetro = 0.000000001 metros) y es lo que hace
que estas técnicas sean tan delicadas (muy sensibles a pequeñas
vibraciones y ruidos), pero por otro lado, es lo que proporciona la
altísima resolución que se obtiene, llegando incluso a hacer visibles
los átomos de las superficies que observemos.

15. 3 aplicaciones o investigaciones
de la nanotecnología en energías
renovables
1. En Energía
Las nanotecnologías podrían transformar la
manera en que creamos, transmitimos,
almacenamos y utilizamos la energía. Algunos
científicos piensan que la nanotecnología nos
permitirá construir cables súper eficientes para
transmitir electricidad; producir celdas solares más
efectivas y menos costosas; hacer biocombustibles
más baratos y eficientes; y mejorar la seguridad
de los reactores nucleares. Pero se necesita más
investigación e inversión para que las soluciones
de nano energía puedan ser desarrolladas o
ampliamente distribuidas.
Fuente foto:
http://www.nisenet.org/sites/default/files/catalo
g/uploads/spanish/8893/nanotechnology_slides
_31oct11_sp.pdf

16. El premio Nobel de Física
en 2010 fue otorgado a
dos científicos por
producir y estudiar el
grafeno. El grafeno es una
capa de carbono, como el
grafito de los lápices,
pero sólo tiene un átomo
de espesor. ¿Por qué es
esto interesante? Porque
el grafeno puede ser
usado como
semiconductor para hacer
chips de computadora
muy, muy pequeños.
Fuente foto:
http://www.nisenet.org/sites/default/files/catalog/uploads/spanish/8893/nanotechnology_s
lides_31oct11_sp.pdf

17. 2. Medicina
La nanotecnología podría conducir a
mejorías en la atención médica. ¿Te
acuerdas de las nanopartículas de oro
rojas? ¡En el futuro podrían ser usadas
para tratar el cáncer! Las
nanopartículas de oro están siendo
utilizadas en tratamientos de ensayo
clínico con humanos. En el tratamiento,
las nanopartículas de oro son
inyectadas en la sangre y luego son
calentadas por rayos infrarrojos,
destruyendo así el tumor sin causar
mucho daño al tejido adyacente.
Fuente foto:
http://www.nisenet.org/sites/default/files/catalog/uploads/sp
anish/8893/nanotechnology_slides_31oct11_sp.pdf

18. 3. Nanofiltración
Se trata de un proceso de filtración de membrana que se
utiliza con aguas de bajos sólidos disueltos totales. El
propósito es suavizar el agua y desinfectar mediante la
eliminación de la materia orgánica natural y materia
orgánica sintética. La principal diferencia entre los
sistemas de ósmosis inversa y la nanofiltración es que la
membrana nano, no es tan cerrada y funciona a una
presión de agua de alimentación inferior. Además, no
elimina iones monovalentes del agua tan eficazmente
como la membrana de ósmosis inversa.
La nanofiltración es una tecnología de filtración de flujo
cruzado. El tamaño de poro de la membrana es de
aproximadamente 1 nanómetro. La presión para utilizar la
nanofiltración es también menor a la de la ósmosis
inversa. Nanofiltros también eliminan menos iones
monovalentes que ósmosis RO (aproximadamente el 50 –
90%). Esto permite a la membrana eliminar la dureza del
agua y reduce un poco el contenido total de sólidos
disueltos.
Fuente foto:
http://www.nisenet.org/sites/default/files/catalog/u
ploads/spanish/8893/nanotechnology_slides_31oct1
1_sp.pdf

19. Conclusiones
Sin duda cualquier desarrollo científico y
tecnológico es para el bienestar y satisfacción de
la humanidad, sin embargo, en cada desarrollo nos
olvidamos de las generaciones futuras
construyendo y manipulando la naturaleza para el
paradigma presente sin atender los resultados a
largo plazo. Tal fue: los combustibles fósiles,
desarrollo de polímeros, avances en la medicina,
aplicaciones genéticas y biológicas, sistemas
urbanos, etc., dañando gravemente el ambiente y
los estados de confort del ser humano.

20. Referencias
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