Este documento describe conceptos clave relacionados con la nanociencia y la nanotecnología. Explica que la nanociencia estudia los aspectos científicos a escala nanométrica, o menos de 100 nanómetros. También describe algunos materiales a nanoescala como el fullereno, los nanotubos de carbono y el grafeno. Finalmente, resume los primeros pasos de la nanotecnología en aplicaciones eléctricas, electrónicas, médicas, textiles, de arquitectura y urbanismo.

1. Tema 8. NUEVAS NECESIDADES, NUEVOS
MATERIALES

2. Índice:
1.- Materia
2.- Materiales
3.- Materia prima
4.- Acero, plástico y papel
5.- Nanociencia
6.- Nanotecnología

3. La Materia
La materia está constituida por átomos.
Los 116 átomos conocidos se recogen y
organizan en la tabla periódica.

4. ¿Cuáles son naturales?
De ellos 90 son naturales y
se han ido formando en:
• Primeros instantes del
universo (H,He y Li),
• Interior de las estrellas
por fusión del H y He (C,
N, O, hasta el Fe)
• Explosiones de
supernovas (el resto,
como el Au y la Ag).

5. A partir de los átomos (“ladrillos”) por combinación o mezcla se
compondrá toda la materia
Los átomos son las partículas
constitutivas de los elementos
químicos, cada uno con sus
propiedades.
Los elementos se combinan para formar
los compuestos químicos (de
propiedades diferentes a los
elementos).
Los elementos y/o compuestos se
pueden mezclar para mejorar algunas
de sus propiedades, adecuadas a
determinadas funciones, (el Cu y el Sn
se mezclan para obtener la aleación
denominada Bronce).
Los materiales se pueden mezclar para
dar lugar a un material de
propiedades distintas a los primeros
que denominaremos composite
(adobe de barro y paja, madera
contrachapada o poliamida).

6. MATERIALES
Se denomina material a la materia preparada
y disponible para elaborar cualquier
producto.
Tipos según procedencia:
• Naturales (obtenidos de la naturaleza) :
madera, granito. Etc.
• Transformados (obtenidos por transformación o
mezcla de material natural): papel, caucho
vulcanizado, cemento, acero, etc.
• Artificiales o sintéticos (obtenidos de procesos
químicos o físicos): plásticos, fibras artificiales,
etc.
• Reciclados (a partir de objetos del mismo
material): papel, vidrio, etc.

7. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Mecánicas Densidad
Masa contenida
en la unidad de
volumen
Madera flota en
el agua
Dureza
Resistencia a
ser rayado
El más duro es
el diamante
Tenacidad
Soportar golpes
sin romperse
Martillo de
acero
Ductilidad
Estirares en
hilos
Hilos de cobre
Fragilidad
Se rompe con
los golpes
En el vidrio se
incrustan otros
materiales para
reducir la
fragilidad
Maleabilidad
Extenderse en
láminas o
planchas
Papel de
alumnio
Resitencia a
Tracción
Compresión
Torsión
Flexión
Elasticidad
Recupera la
forma
La fibra de
carbono es
muy flexible
Plasticidad
Capacidad de
deformarse sin
romperse
Plastilina
Ópticas Color
Borde rojo indica
peligro en
señales de tráfico
Transparencia
La fibra de vidrio
( muy
transparente)
permite paso luz
sin atenuarse
Reflectividad
Señales viarias y
chalecos
reflectantes
Indice
refracción
Cada material
refracta la luz de
una
manera(gafas)
Brillo
Brillantes
Fluorescencia
Lámparas
fluorescentes
Capacidad de
polarización
de la luz
Pantallas de
calculadora de
cristal líquido
Térmicas Tª de Fusión
Wolframio de la bombillas (alta tª de
fusión)
Conductividad térmica
Baquelita(mango sartenes). Aislante
Capacidad de dilatación
Termostatos(dos láminas de diferente
dilatación
Calor específico
Platos de barro conservan calor (Alto calor específico)
Electromag
néticas
Conductividad eléctrica
Hilos de Cobre, Plata
Comportamiento magnético
Agujas de brújula atraídas por imán
Acústicas Conductividad del sonido
Porexpan (aislante)
Químicas Resistencia a la corrosión
Aceros inoxidables

8. MATERIA PRIMA
• Sustancia que se extrae directamente de la naturaleza a
partir de la que se obtienen los materiales.
La obtención de materias primas es un factor que afecta
a la economía y pueden acarrear problemas políticos,
sociales y medioambientales.

9. De la materia prima(minerales) al
material (metal)
• Uno de los materiales más utilizados son los metales.
• De la mina se extraen los minerales, de los que se separa
la ganga de la mena, a partir de la que se obtienen los
metales mediante dos procesos:
• reducción por calor (Fe, Zn, Ag)
• electricidad(electrólisis) (K, Na, Li, Ca, Mg, Al)

13. El coltán
Mezcla de dos minerales: La columbita (óxido de niobio con hierro y magnesio) y la
Tántalita (óxido de tántalo con hierro y magnesio) que se encuentran juntos como
parte de ciertos granitos; a partir de ellos se obtienen:
– El Niobio (Nb): fabricación de imanes de alto poder magnético, clave del desarrollo de
micromotores(discos duros), altavoces y auriculares potentes y precisos. Tiene aplicaciones
para ordenadores, industria aereospacial, levitación magnética o implantes médicos
– El Tántalo(Ta): fabricación de condensadores, está presente en todas las baterías de móviles
o aparato con baterías recargables.
Su valor es muy alto, por lo que controlar su producción es un negocio rentable para
gobiernos, distribuidores y fabricantes. Sin embargo a la República Democrática del
Congo le ha traído muchos problemas.

14. El acero
Aleación de hierro con carbono. Es un material muy versátil.
La aleación con otros metales cambia algunas de las propiedades del acero y
permite ajustarlas al uso concreto que se le quiera dar.
Aleación con
% carbono
Propiedades Usos Aleación con
metal
Propiedades Usos
0,007-0,25 Fácil trabajar
en frío
Chasis coches Molibdeno Mantiene
resitrencia a
altas Tª
Herramientas
corte y
preforación
0,25-0,50 Resistente al
desgaste
Ejes,
engranajes
Cobalto Magnetizable Imanes
0,85-1,2 Fuerte y
resitente al
desgaste
Rasíles
instrumentos
de cortes
Niquel y cromo Resitente y
duro
Cruces líneas
ferroviarias
2,5-3,8 Fácil de
moldear,
quebradizo
Pistones y
ciilindros
Tugsteno Pto Fusión muy
alto
Instrumentos
corte y
perforación
Vanadio Fuerte, duro Herramientas

15. Los plásticos
• La plasticidad es una propiedad de los
materiales que permite que se les dé
fácilmente la forma que convenga.
• Los plásticos se obtienen artificialmente a
partir de pequeñas moléculas denominadas
monómeros (iguales o distintos) que se van
uniendo en un gran número para formar
moléculas mucho mas complejas
(polímeros) mediante un proceso
denominado polimerización.

18. El papel

19. Es un material básico en la actualidad.
Futuro: Tinta electrónica y papel electrónico.
Problemas asociados Soluciones
Deforestación:
3 millones de m3
de madera por año en
España
-Plantación y Tala controlada,
-- Uso de materias primas
diferentes( cáñamo, lino o
algodón)
- Reutilización fibras de papel
usado.
Agua gastada
35 m3
/Tm de cartón
200m3
/Tm papel escritura
Ciclos cerrados de agua
Contaminación ríos (Azufre, Cloro,
Ozono para el blanqueado)
Energía
4% de la energía generada en España
Reciclar papel consume menos.

20. NANOCIENCIA

21. NANOCIENCIA
• Disciplina que estudia todos los
aspectos científicos a tamaño
nanométrico.
• (1 nanómetro (nm) = 10-9
m)
• Con los microscopios de efecto túnel
podemos “ver” y “coger” los átomos
para fabricar sustancias y piezas de
tamaño atómico (más pequeños que las
células).

22. El carbono es el elemento más importante de
nuestra existencia, es muy abundante en la
naturaleza y hemos aprendido a elaborar un buen
número de objetos de uso cotidiano en deportes,
medicina, construcción de puentes y aviones...
(diamante, grafito, fibra de carbono).
A nivel nanoscópico ya se ha obtenido el fulereno
(C60 ) en forma de balón de fútbol que podría contener
las dosis de un determinado medicamento que soltaría
en las proximidades de las células infectadas.
También se le puede dar forma de tubo
(nanotubos). Hasta ahora se ha conseguido una
longitud de18 mm. Estos se pueden convertir en
nanocables si se combinan con un conductor (Boro) o
nanointerruptores con un semiconductor.
El grafeno es una sustancia formada por carbono
puro, con átomos dispuestos en un patrón regular
hexagonal similar al grafito, pero en una hoja de un
átomo de espesor. Es muy ligero, una lámina de 1

23. El grafeno es una sustancia formada por
carbono puro, con átomos dispuestos en un
patrón regular hexagonal similar al grafito,
pero en una hoja de un átomo de espesor. Es
muy ligero, una lámina de 1 metro cuadrado
pesa tan sólo 0,77 miligramos.
El Premio Nobel de Física de 2010 se le
otorgó a Andre Geim y a Konstantin
Novoselov por sus revolucionarios
descubrimientos acerca del material
bidimensional grafeno.
GRAFENO: EL MATERIAL DEL FUTURO

24. NANOTECNOLOGIA
• Ciencia aplicada dirigida al diseño, fabricación y aplicación de materiales
y aparatos a escala nanométrica.
• Podremos fabricar máquinas de tamaño microscópico.
• Podremos diseñar nuevos materiales que se comportarán de una
determinada manera únicamente en una situación concreta.
• Estamos en los inicios pero dentro de 5 a 15 años se espera una gran
explosión, lo que supondrá: una transformación de los sistemas de
producción, aceleración de la producción, afectará a todas las industrias,
materias primas más baratas y mínimización de costes de producción,
una transformación global.

25. PRIMEROS PASOS
• Aplicaciones Eléctricas.
* Batería flexible de nanotubos de carbono. Mezclando nanotubos con papel.
Baterías de papel enrollables que no se pegan.
* LED. Sustituto de bombillas: más duraderas, eficaces, menor consumo y más
rápidas.
• Aplicaciones electrónicas
* Nanochips de unos 500 nm (0,0005).
• Aplicaciones medicina y farmacia
* Investigación con medicamentos en el interior de los fulerenos (buckyballs).
• Aplicaciones textiles
* Fabricación de tejidos que repelen los líquidos (fibras con nanotubos)
(tapicerias...)
• Aplicaciones arquitectura y urbanismo
* Recubrimientos que repelen la pintura de los graffitis.
* Vidrios fotocrómicos que cambian el color con la luz incidente (control Tª
interior de habitaciones y protección frente a rayos UV e IR).
* Cerámica: sanitarios que repelen los líquidos.