Este documento resume las principales líneas de investigación, desarrollos e inversiones en nanomateriales entre 1980 y 2005. Se destaca el rápido crecimiento de publicaciones, patentes, empresas y financiamiento en esta área durante este período, con Estados Unidos y Europa liderando la investigación y el desarrollo de nuevos nanomateriales como nanotubos de carbono, fullereno y materiales semiconductores. También se resaltan preocupaciones sobre los posibles impactos de las nanopartículas en la salud y el medio ambiente.

1. Prospectiva en nanomateriales
Prospectiva en nanomateriales
Vigencia
Nanomateriales
Algunos hitos Prospectiva
Desarrollo reciente - 2015
(1980 – 2005)
La Nt como Cadena de valor Fortalezas
DOFA Oportunidades
sistema productivo Líneas de investigación
Publicaciones y Aplicaciones Problemas sociales
citaciones Sectores
US$, productos. Áreas, empleo
Patentes Mercado Inversión pública y privada, impacto
Instituciones, Univ. Relación de productos Factores Motores
y empresas y tecnol. con empresas de cambio Frenos
Inversión pública
Financiación Capital de riesgo Síntesis
Contaminación, toxicidad, autoreplicación,
Impactos Problemas éticos, control corporativo, uso militar

2. Prospectiva en nanomateriales
Prospectiva en nanomateriales
Vigencia
Nanomateriales
Algunos hitos Prospectiva
Desarrollo reciente - 2015
(1980 – 2005)
Clasificaciones, métodos de fabricación,
Estado actual áreas de investigación, reflexiones
Aproximación clásica (ejemplos)
Prospectiva Aproximación por diseño (ejemplo)
Prospectiva Taller
CENM

3. 1,0
1,2
Principales
avances en
nanotecnología
0,30
Fuente: La nanotecnología:
la revolución industrial del
siglo XXI”, Fundación de la
innovación Bankinter, 2006,
España.

5. Microscopio cuántico (STM)
Fuente: www.etcgroup.org

6. Nanotubos de carbón
• Los nanotubos de carbono son las
fibras más fuertes que se conocen. Un
solo nanotubo perfecto es de 10 a 100
veces más fuerte que el acero por
peso de unidad.
• Tiene propiedades intermedias entre
semiconductores (como la silicona en
microchips de ordenador, cuando los
electrones se muevan con
restricciones) y metales (como el cobre
utilizado en cables cuando los
Fuente: Nanotubos web site.
electrones se mueven sin restricción).
En EEUU existen 20 productores • Los CNTs están ahora disponibles
entre medio y mayores, estimándose comercialmente en cantidades
una producción superior a 2.5 limitadas parecen destinados a ser los
toneladas métricas por día. sustitutos del silicio en la electrónica
del siglo XXI.

7. Los Fullerenes (carbono 60).
• Son moléculas esféricas aproximadamente 1nm en el
Diamante
diámetro, que contiene 60 átomos del carbono
colocados como 20 hexágonos y 12 pentágonos.
• En 1990, fue desarrolla una técnica para producir
cantidades más grandes de C60 por resistividad,
las varas de grafito en atmósfera de helio (
Grafito
Krätschmer en 1990).
• Varias aplicaciones se analizan para el fullereno,
como
• La pelota de ‘miniatura' para lubrificar las
superficies,
• Vehículos de entrega de medicamentos
• En los circuitos electrónicos.
El Buckminsterfullerene o C60.

8. Líneas de investigación en
Nanotecnología (primera clasificación: según su uso posible)

9. Líneas de investigación en
Nanotecnología (primera clasificación : según su uso posible)

11. Nuevas empresas (1980 – 2005)
El punto de inflexión
fue en 1996
Nanomateriales y
nanobiotecnología son
las áreas de mayor
desarrollo empresarial

12. Nuevas empresas (2003)
La mayoría de compañías están en USA y Alemania seguidos por
UK, Japón, Israel, Suiza, Canadá y Suecia.

13. Empresas y Universidades (2003)
Mientras que “start ups” y “Small and Medium Enterprises” son mayoría en USA,
Universidades y centros de investigación son mayoría en Europa y Asia

14. Relación de productos
y tecnologías con
empresas actuales
(2004)
• Se estudiaron 43 firmas
comerciales importante en esta
industria.
• Existe una mayor
comercialización de tecnologías
y productos que sirven de base
a otros procesos más
complejos.
• 5 firmas se dedican a la
construcción de microscopios,
“software” y otros materiales
imprescindibles en el desarrollo
de esta temática.

15. Relación de productos
y tecnologías con
empresas actuales
(2004)

16. Instituciones activas en
nanotecnología en Europa (2005)

17. Inversión privada en USA en Nanotecnología

18. Capital de riesgo en Nanotecnología
Punto de inflexión en el 2002,
probablemente como resultado de
estudios sobre posibles efectos nocivos
de nanopartículas.

19. Capital de riesgo en nanotecnología
(acumulado en 2005)
Los inversionistas son todavía reacios a
entrar masivamente en la
nanotecnología por la incertidumbre que
rodea a esta fase de inicio en que se
encuentra. Solo el 9% de los proyectos
iniciales respaldados por capital de
riesgo han tenido éxito hasta la fecha; el
83% continua operando y el 8% ha
fracasado. Los inversionistas de USA
inviertes seis veces más que sus
colegas europeos.
Fuente: Científica, “¿Where has my money gone?”

20. Distribución del capital de riesgo
por área en el 2005
La mayor cantidad de inversiones de capital de riesgo se está
dirigiendo hacia el sector médico y el farmacéutico, así como
hacia los de electrónica, química y materiales.
Fuente: Científica, “¿Where has my money gone?”

22. Control

23. Reporte de la Royal Society y la
Royal Academy of Engineering
Concluye que hay muy poca información sobre
el efecto de las nanopartículas en los seres
vivos y el medio ambiente
No hay suficiente información sobre cómo se
transmite a lo largo de las cadenas alimenticias
Recomienda que las fábricas y los laboratorios
de investigación consideren la manufactura de
nanopartículas y nanotubos como un proceso de
alto riesgo.
Recomienda prohibir el uso de nanopartículas
libres en aplicaciones medio-ambientales

24. Sobre patentes
Existen diferencias entre los sistemas de
patentes norteamericanos y europeos.
Existen diferencias culturales entre unos y
otros con respecto al uso de patentes.
La UE está promoviendo la idea de incorporar
estudios sobre el impacto de las
nanopartículas, nanofibras y nanotubos como
parte de estudio de las patentes.

25. Normalización
Presupuesto del Instituto Nacional de Normas y
Tecnologia (NIST) del Departamento de comercio
de USA
• US$ 8 millones en el 2000
• US$ 33,4 millones en 2001
• US$ 37,6 millones en 2002
• US$ 43,8 millones en 2003
Áreas de trabajo:
Creación de normas para aplicaciones en
semiconductores, comunicaciones y salud.
Normas y herramientas para la visualización y
caracterización a escala nanométrica

26. A manera de síntesis
• Durante la década de los noventa, las publicaciones sobre
Nanomateriales crecieron a un impresionante 27 % anual.
• Las patentes crecieron al 7 %, y la cuarta parte de ellas
corresponde a nuevos instrumentos de fabricación y medición.
• Más de 30 países poseen programas nacionales en este campo.
• El gasto de los gobiernos sobrepaso los 2 billones de USD en el
2002 y el sector privado invierte cifras similares.
• La inversión total en el sector de Nanotecnología en todo el mundo
superó los $8.6 billones de dólares en 2004.[http://www.luxresearchinc.com/]
• Se estima que el mercado global de nanotecnología podría llegar a
valer $1trillones de dólares durante la próxima década.
• Durante el año 2004, a pesar de haber habido una reducción en
inversiones de capital riesgo en el sector de la nanotecnología, un
total de 1500 empresas han anunciado su intención de implementar
estrategias vinculadas a la nanotecnología. [http://www.luxresearchinc.com/]
• Tres alianzas comerciales han surgido para llevar al mercado los
nanoproductos: US Nanobusiness Alliance, Europe Nanobusiness
Association y Asia Pacific Nanotech Forum.

29. DOFA en nanotecnología (EU)

30. DOFA en nanotecnología (EU)

31. Principales fortalezas de USA,
Europa y el Sudeste asiático
Fuente: La nanotecnología: la
revolución industrial del siglo
XXI”, Fundación de la
innovación Bankinter, 2006,
España.

32. Oportunidades para los países en
vías de desarrollo (panel de expertos)
Los prioritarios para los países en desarrollo son:
Fuente: La nanotecnología: la revolución industrial agricultura, tratamiento de agua, vector de
del siglo XXI”, Fundación de la innovación Bankinter, enfermedad y control de detección de plagas,
2006, España.
almacenamiento y proceso de alimentos.

34. Problemas sociales a los que puede aportar la
Nanotecnología
• La escasez de agua es un problema serio y se pronostica que se
incrementará. La mayor parte del consumo del agua se utiliza en los
sistemas de producción y agricultura, algo que la fabricación de productos
mediante la fabricación molecular podría transformar.
• Las enfermedades infecciosas causan problemas en muchas partes del
mundo. Productos sencillos como tubos, filtros y redes de mosquitos
podrían reducir este problema.
• La información y la comunicación son herramientas útiles, pero en
muchos casos ni siquiera existen. Con la nanotecnología, los ordenadores
reducirían considerablemente su costo.
• Muchas regiones todavía carecen de energía eléctrica. Pero la
ctrica
construcción eficiente y barata de estructuras ligeras y fuertes, equipos
eléctricos y aparatos para almacenar la energía permitirían el uso de
energía termal solar como fuente primaria y abundante de energía.
• El desgaste medioambiental es un serio problema en todo el mundo.
Nuevos productos tecnológicos permitirían que las personas viviesen con
un impacto medioambiental mucho menor.
• La nanotecnología molecular podría fabricar equipos baratos y
avanzados para la investigación médica y la sanidad, haciendo mucho
sanidad
mayor la disponibilidad de medicinas más avanzadas.
• Agricultura y alimentación (abonos, plagas, pesticidas)

35. Sectores de aplicación
1,0 1. Energía;
2. Agua;
3. Medio ambiente;
4. Basuras;
3,2 5. Salud y medicina;
6. Alimentación;
7. Protección de animales;
8. Agricultura;
0,3 9. Estilo de vida;
10. Electrónica y
telecomunicaciones;
11. En procesos industriales;
1,3
12. Militar.

36. Materiales que afectarán los estilos
de vida

37. Sectores de aplicación
• Electrónica – computación – comunicaciones:
– Computadoras más rápidas y eficientes con
nanoprocesadores que consumen menos energía y disminuyen
los costos por compuerta.
– Tecnologías inalámbricas.
mbricas
– Pantallas planas.
planas
– Dispositivos de almacenamiento de información más
ligeros y pequeños con capacidades en el orden de los Tb, mil
veces más que hoy. Frecuencias de trasmisión más altas y
anchos de banda 10 veces mayores.
– Sensores nanométricos integrados, más sensibles y
integrados
confiables, capaces de monitorear simultáneamente varias
condiciones con consumo energético mínimo.

38. Sectores de aplicación
• Aplicaciones en procesos industriales
• Los LUBRICANTES producidos a partir de Nanopartículas esféricas
inorgánicas, proporcionan lubricantes más durables que los
lubricantes sólidos convencionales con aditivos. Las Nanopartículas
reducen la fricción entre metal que aparece a las cargas normales
altas, por lo que en vehículos y dispositivos de alto rendimiento
implicarían una significativa reducción del costo.

39. Sectores de aplicación
• Militar
• En la esfera militar de los países más desarrollados la I+D de los
NANOMATERIALES se encaminan hacia tres campos de actuación bien
determinados:
– Mejorar radicalmente en el futuro la supervivencia de los soldados con una alta
tecnología de peso ligero. denominada Tecnología CBRE (contra ataque
Químico, Biológico, Radiológico, Explosivo)
– Obtener equipamiento mas rápido, mas ligero, mas compacto, de mayor
durabilidad de menor consumo, de mayor autonomía
– Obtener armas nucleares de destrucción masiva de 4ta generación, de poco
peso, alto poder de penetración bajo tierra, de poca radiactividad remanente y
gran efecto destructivo.
• En estas investigaciones se vinculan tres tipos de NANOMATERIALES:
– Nanotubos (CTN)
– Nanocristales ( QDs)
– Nanoparticulas

40. Uso militar (uso de nanotubos)
– Un tejido que contiene un 50% de Nanotubos de carbono en su urdimbre,
permite la confección de un chaleco antibalas, con una resistencia al impacto y
la perforación varias veces suprior al acero, que se pega al cuerpo como una
camiseta, pero que tiene el peso, y la textura de una tela de araña, lo cual le
confiere una gran comodidad con prestaciones de alta efectividad.
– Se desarrollan plataformas militares de bajo peso sin sacrificar la funcionalidad y
la seguridad del soldado que requerirán menos combustible y menos requisitos
logísticos
– Se trabaja en el diseño de componentes automotores y aeroespaciales que no
requieran lubricación,
– La miniaturización de los sistemas electrónicos permite la creación de naves
mas autónomas, configuradas como naves “pensantes”
– Se fabrican sondas ultra pequeñas que permiten crear redes en las superficies
planetarias y desarrollar nuevas capacidades en misiones de exploración.
– A partir de Nanotubos de carbono y polímeros conjugados se desarrollan
biosensores capaces de detectar cambios químicos o biológicos en el entorno.

41. Uso militar (Nanocristales)
• Otra área de empleo de los Nanocristales es el de los sensores remotos, al
momento se identifican una gran gama de los mismos ( de audio, de
posición, de rastreo químico, de rastreo biológico, temperatura, presión,
etc. ) se trabaja en la incorporación de estos sensores al traje del soldado
de forma tal que a distancia se puedan prevenir los ataques químicos,
biológicos, radiológicos , controlar los parámetros vitales del mismo,
conocer su posición en el terreno, etc. En estos momentos están
disponibles 76 tecnologías aplicables a sensores mas pequeños que
pueden ser utilizados en tareas de inteligencia y contra inteligencia.
• Otro empleo de los Nanocristales da nacimiento a las baterías ligeras,
esto ha permitido disponer de equipos y dispositivos móviles de menor
peso, con iguales prestaciones, vehículos mas rápidos y compactos y
mejorar la tecnología aeroespacial con impulsores mas eficientes y
compactos.
• En el universo de los documentos de seguridad, una aplicación de los
Nanocristales esta en la producción de “ info – tintas” ya se dispone del
producto conocido como Labeling /Barcotes para estos propósitos.

42. Uso militar (nanopartículas)
• En los TEXTILES ya se avizoran tejidos capaces de absorber la energía provocada
por una onda expansiva, protegiendo de esta forma al soldado, también se prevé
tejidos convencionales capaces de reaccionar a nivel molecular y cambiar de color
según las necesidades del terreno, o cerrar sus poros y volverse impermeable, o
brindar resistencia térmica, esto aligeraría de forma impresionante la impedimenta
del soldado permitiéndole con un mismo traje obtener protección funcional ante
distintos fenómenos del combate incluso los primeros auxilios médicos al lograr a
voluntad endurecer segmentos del uniforme, que servirían de tablilla inmovilizadota
en caso de fractura ósea, o que dejaría pasar ciertos tipos de medicamentos por
osmosis a través de la piel.
• En el caso de las PINTURAS la primera y mas directa ventaja se obtiene en el
aligeramiento de las naves aéreas y aeroespaciales, por disponerse de capas muy
delgada con iguales prestaciones que las actuales, dada su densidad de
empaquetamiento y la relación superficie/volumen que las mismas presentan. La
capacidad de Interactuar en forma predecible con la luz y otras radiaciones y de
poseer reactividad uniforme en caso de catalizadores proporciona pinturas capaces
de cambiar de color ante cambios de humedad y temperatura, lo que le brinda
desconocidas facilidades a las técnicas de enmascaramiento en el teatro de
operaciones. En la actualidad el uso de pigmentos al nivel de nanopartículas permite
obtener recubrimientos transparentes que logran filtrar las radiaciones UV e IR, lo
cual dificultan la detección por los radares; Nanopartículas de sílices, que se
distribuye en la capa de pintura seca, producen una capa de interferencia, que la
protege del desgaste, proveyendo mayor resistencia y mayor durabilidad a las
superficies pintadas.

43. Uso militar (armas de destrucción
masiva)
• A este fin se trabaja en tres aspectos: La ojiva, el explosivo y el disparador,
• El DISPARADOR Por razones de seguridad extrema, fiabilidad, y resistencia a los factores
externos, el disparador se requiere que sea lo mas pequeño posible, por lo que se trabaja en un
dispositivo de nanoelectrónica en el que se emplean las cualidades de los NANOMATERIALES
de forma muy sofisticada
• El EXPLOSIVO Cambiando EL concepto actual de micro escisión, por el de micro fusión que
tiene la ventaja inmensa de reducir la precipitación radioactiva se están ensayando Las pelotillas
diminutas que contienen el combustible termonuclear a ser explotado, lográndose con solo unos
Kg. los efectos que antes requerían toneladas de este material. Ciertamente esta tecnología esta
entre los “nanoingenios” más delicado y sofisticado en l existencia.
• Las pelotillas de combustible no deben variar el radio a la superficie exterior por más de 1
micrómetro, las paredes de estas pelotillas consisten en capas cuyos espesores son fracciones
de micrómetros, y su rugosidad superficial esta en la escala del manómetro. Con estas
característica técnicas pueden darse en las unidades de 1,000 o 100 átomos, porque los defectos
diminutos tienen que estar ausentes para que las pelotillas puedan condensar simétricamente
cuando son iluminadas por los láseres
• La OJIVA de acuerdo a lo anterior, deberá ser diseñada con las especificaciones bien
caracterizadas. Éstas pueden ser a partir de los nuevos nanomateriales o pueden ser los
materiales convencionales de extrema pureza y de precisión extrema. Por consiguiente, una
alternativa radical es diseñar una ojiva qué detonaría después de penetrar la tierra por más de
100 a 200 metros y ser un dispositivo cuyo peso y el tamaño no es mucho más grande que unos
kilogramos y litros.
• Se prevé tener disponible esta tecnología en los próximos 10 a 15 años.

45. Mercado esperado en
nanotecnología

46. Mercado mundial por área
El mercado de los nanomateriales y el de los productos en
electrónica parece ser el de mayor importancia

47. Nuevos puestos de trabajo

49. ¿Qué puede acelerar el desarrollo
de la nanotecnología?
Se trata de un mercado
“push”, en el que tanto las
universidades, en su papel
investigador en busca de
herramientas de
manipulación a nanoescala
o de aplicaciones
prácticas, como el
gobierno, mediante
financiación conjunta con
empresas o con políticas
que favorezcan la
innovación, van a ser los
que aceleren la evolución
de la nanotecnología.
Fuente: Taller con expertos en el FTF.

50. ¿Qué puede frenar el desarrollo de
la nanotecnología?
Fuente: Taller con expertos en el FTF.

52. Conclusiones del FTF (2006)
Fuente: La nanotecnología: la revolución
industrial del siglo XXI”, Fundación de la
innovación Bankinter, 2006, España.

55. Métodos de fabricación
Los dos métodos
están convergiendo
Fuente: “Nanoscience and nanotechnologies: opportunities
and uncertainties”; The Royal Society and the Royal
Academy of Engineering; July 2004

56. Áreas de investigación en
nanomateriales (una clasificación)

57. Nanocapsules
Definition
Most remarkable claimed properties
Current and future market applications

58. Leading countries and highlighted R/D
activities in the field

59. Algunos temas de reflexión

60. Algunos temas de reflexión

61. Non-technological related
conclusions

63. “Chemical Industry R&D Roadmap for
Nanomaterial by design”, Chemical Industry
Vision 2020 Technology Partnership Energetics
Inc.,US Department of Energy, 2003.

64. Nanomateriales
Objetivo:
Identificar los nanomateriales con alto potencial de aplicaciones industriales
Categorías (3ª)
Aspectos
1. Carbon based
nanomaterials 1. Tendecias
2. Nanocomposites 2. Propiedades de
3. Metals & alloys los materiales
4. Biological 3. Posibles
nanomaterials aplicaciones
5. Nano-polymers
6. Nano-glasses
7. Nano-ceramics
Fuente: “Nanomaterial roadmap 2015”, European commission;
sixth framework programme,

65. Carbon based nanomaterials
Definition:

66. Carbon based nanomaterials
Applications
Material Aplicaciones
Electrical energy storage
Large-area display applications (flat panel
displays)
Use as source in electron microscopy
Use as tools or tips in sacnning probe
Carbon nanotubes
microscopy
As molecular pincers in actuators
As filters
As needles to bring active agents into living cells
Leds and Fed displays
Carbon nanotubes
Ultra-resistant materials for use as reinforcement
/ polymer
fibres
composites
Lightweight foams
Car tyres
Carbon black Antistatic textiles
For colour effects
As drug deliverers either by the attachment of
funtional ligands to the carbon cage or by
Fullerenes
trapping molecules inside
As traces molecules
As catalysts support materials
Flashbone carbon
An alternative to carbon nanofibres fron carbon
nanofibres
nanotubes
As storage media for electrical energy
Nanoporous carbon
As an anode in Lithium ion batteries
For wear protection
To reduce friction
Carbon based
To build up Carbid Nanofilms and
nanofilms
Nanocristalline Carbonfilms like "diamond like
carbon"
Nanocrystalline As replacement joints
diamond in an
amorphous carbon Other applications in the medical & health area

67. “Chemical Industry R&D Roadmap for
Nanomaterial by design”, Chemical Industry
Vision 2020 Technology Partnership Energetics
Inc.,US Department of Energy, 2003.

69. Tecnology Roadmaps (energy)
Propósito Fuentes
Dominios:
Método (para cada dominio)

70. Tecnology Roadmaps (energy)
1. Barreras
2. Soluciones a través de nanomateriales
3. Roadmap
• Nivel de desarrollo
• Costos
• Tamaño del mercado
• Escala de tiempo de aplicaciones

71. Construir un detector de gases (bencina)
Comercialización del detector en Barcelona
Diseño y modelaje del detector (Univ. Lovaina en Bélgica)
Construcción de los nanotubos (Univ. De Notre Dame, Namur, Bélgica)
Construcción de los detectores en Tarragona