Miguel Alberto Gu

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Miguel Alberto Guérin

• Historia de la tecnología
• La nanotecnología
• Instituto de Historia Americana
• Facultad de Ciencias Humanas
• Universidad Nacional de La Pampa
• 2006

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Nanotecnología y computación. Definiciones

• 1959. Richard Feynman (1918-1988 Premio Nobel de
  Física en 1965), en una conferencia en la
  American Physical Society, que resultó
  visionaria, afirmó que sería posible tener todo
  el contenido de la Enciclopedia Británica en la
  cabeza de un alfiler, y que sería posible
  reorganizar la materia átomo por átomo.

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Nanotecnología. Definiciones

• Nanus, en latín, significa enano.
• Nanómetro es una medida de dimensión que equivale
  a la millonésima parte de un milímetro (1
  milímetro 1.000.000 nanómetros).
• Nanociencia es el estudio de moléculas, átomos y
  partículas subatómicas cuyo tamaño es de uno a
  cien nanómetros y que se caracterizan porque
  sus comportamientos no se corresponden con los de
  los objetos de escala macroscópica.
• Nanotecnología término utilizado por primera vez
  en 1974 y popularizado en la década de 1980.
• Nanotecnologías tecnologías y técnicas dedicadas
  a la creación y utilización, de materiales, de
  instrumentos y de sistemas, realizados con
  materia de entre uno y cien nanómetros. Se trata
  de un espacio de investigación en el que
  convergen diversas ciencias física, química,
  biología, matemática y computación. La creación
  de nanomáquinas enfrenta desafíos teóricos
  (conocimiento y compresión de los efectos
  cuánticos) y prácticos (observación y
  fabricación.

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Nanómetro. Dimensiones comparativas

• Dimensiones
• átomo diámetro de entre un décimo y cuatro
  décimos de nanómetro
• molécula de ácido desoxirribonucleico (ADN) dos
  nanómetros de ancho (y diez metros de largo)
• virus entre diez y cien nanómetros
• cabello humano entre 50.000 y 100.000
  nanómetros.

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Nanotecnología. Investigación e inversión

• Estados Unidos de Norteamérica
• Las nanotecnologías constituyen un sector muy
  importante de la inversión en investigación. Los
  fondos provienen del gobierno nacional, de
  organismos financiadores (National Science
  Fondation (NSF) y de los ministerios,
  fundamentalmente el de Defensa. La inversión es
  equivalente a la de los países europeos y el
  Japón, en conjunto.
• Japón
• El esfuerzo económico, con relación al producto
  bruto interno (PBI) será superior, en los
  próximos años, al de los Estados Unidos de
  Norteamérica. Los problemas de investigación
  están muy diversificados pero la calidad de las
  investigaciones, de la misma manera que las de
  Europa, es igual o superior a la de los Estados
  Unidos.

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Nanotecnología. Historia

• Demócrito (460-440 a. C.)
• Enunció la primera versión de la teoría atómica,
  y afirmó que los átomos nunca serían captados por
  los sentidos del hombre.

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Nanotecnología. Microscopio de efecto túnel

• C. 1980. Binning y Roher, de los laboratorios IBM
  de Zurich, construyeron el primer microscopio de
  efecto túnel, pero sólo en 1981, pudieron
  resolverse todos los problemas de su
  funcionamiento.

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Nanotecnología. Microscopio de efecto túnel.
Principios

• El microcopio de efecto túnel se basa sobre uno
  de los principios de la mecánica cuántica, según
  el cual una partícula subatómica (como el
  electrón) no está ubicada exactamente en un lugar
  sino que conforma una nube de posiciones en las
  que la partícula podría encontrarse, que puede
  interpretarse como una onda más o menos
  extendida. Esto hace posible que, con cierta
  probabilidad, un electrón pueda escapar de un
  átomo, remontando las poderosas cadenas
  electromagnéticas que lo amarran a él, como si
  hubiera practicado un túnel a través de la
  barrera de potencial que lo tiene apresado.

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Nanotecnología. Microscopio de efecto túnel.
Diseño

• El diseño básico de un microscopio de efecto
  túnel consta de una campana estanca, al vacío
  perfecto, que contiene
• la muestra a analizar, que debe ser conductora
• una sonda extremadamente fina de tungsteno que se
  acerca a una distancia muy corta (0,1 nanómetro)
  de la superficie de la muestra los electrones de
  la superficie de la muestra, cavan un túnel
  cuántico a través del vacío y establecen una
  corriente túnel
• un accionador que permite desplazar la punta en
  las tres dimensiones (ancho, largo y alto) para
  barrer la muestra, y que ajusta su alto en
  función de la corriente túnel
• un dispositivo electrónico que transmite a una
  computadora el valor de las tensiones que se
  aplican al ordenador.
• La intensidad de esa corriente túnel depende
  de la distancia entre la sonda y la superficie
  (distancia que se conoce) por lo que conociendo
  la distancia se conoce la intensidad de la
  corriente.

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Nanotecnología. Microscopio a fuerza atómica
(AFM). Funciones

• El microscopio a fuerza atómica (AFM) permite
  estudiar, al aire libre, muestras de materiales
  aislantes, como moléculas biológicas, o
  semiconductores.
• También permite trazar, sobre la superficie de la
  muestra, surcos de algunos nanómetros de ancho.
• Su resolución es menor que la del microscopio de
  efecto túnel.

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Nanotecnología. Microscopio a fuerza atómica
(AFM). Diseño

• El microscopio a fuerza atómica (AFM) tiene una
  sonda muy fina, de dos a tres nanómetros en su
  extremidad, que recorre la superficie de la
  muestra, con la que está en contacto directo,
  movida por un mecanismo electromecánico.
• Los movimientos son seguidos por un rayo láser y
  se traducen en una computadora.

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Nanotecnología. Los circuitos mediante
fotolitografía

• El método actual, la fotolitografía, permite
  litografiar circuitos impresos, chips de una
  centésima de milímetro.

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Nanotecnología. Microscopio a fuerza atómica
(AFM). Las litografías a pluma

• El microscopio a fuerza atómica (AFM) permite
  litografiar circuitos impresos de dimensión
  nanométrica.
• La punta del microscopio a fuerza atómica
  envuelta en enthiol (un átomo de sulfur y otro de
  hidrógeno) realiza trazos de algunos nanómetros
  de diámetro sobre una superficie de oro. Una
  minúscula gota de agua permite que el enthiol se
  disuelva y se autoacople a la superficie de oro.

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Nanotecnología. Las nanoestructuras de carbono
las fullerenes

• La capacidad de los átomos de carbono de ligarse
  entre sí para conformar moléculas homogéneas,
  convierte a estas moléculas en el ladrillo de la
  nanotecnología.
• 1996. Se otorgó el premio Nobel de química a los
  norteamericanos Robert Curl y Rihard Smalley y al
  británico Harold Kroto por sus investigaciones
  sobre las fuerzas que interactúan en estas
  moléculas, lo que permitió imaginar estructuras
  más complejas.
• Entre las capacidades de las fullerenes está la
  de apresar en su interior, compuestos químicos de
  propiedades variadas, que quedan aislados y no
  pueden interactuar con el exterior. En medicina,
  la nanotecnología podría transportar compuestos
  radioactivos para destruir el núcleo de las
  células cancerosas.

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Nanotecnología. Las nanoestructuras de carbono
las fullerenes

• 1985. Se descubren moléculas de átomos de
  carbono, de estructura y capacidades
  sorprendentes.
• Son moléculas de 60, 70, 76, 82 u 84 átomos de
  carbono que se disponen, según su número, en
  pentágonos o hexágonos, creando una superficie
  esférica compuesta de planos delimitados por
  cinco o seis átomos.

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Nanotecnología. Las nanoestructuras de carbono
los nanotubos

• 1991. SumioIijima (NEC Corporation) descubre el
  nanotubo, que es una molécula de carbón en forma
  de tubo, cuyo diámetro oscila entre uno y varios
  nanómetros y su largo llega a cien nanómetros.
• Un nanotubo puede llegar a contener varios
  millones de átomos.Prefieren la forma hexagonal
  pero aceptan la inserción de pentágonos y
  heptágonos

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Nanotecnología. Las nanoestructuras de carbono
los nanotubos

• Los nanotubos pueden ser semiconductores o
  conductores (nanotransistores).
• Son a la vez livianos y sólidos.
• Tienen muy buena resistencia mecánica y muy buena
  conductividad eléctrica (puntas de microscopios
  atómicos).
• Resisten temperaturas extremas (revestimiento de
  futuras micronaves espaciales).
• Tiene capacidades elásticas excepcionales
  (catapultas gigantes).
• Hasta el presente se lo aplica en

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Nanotecnología. Las nanoestructuras de carbono
los nanotubos

• El nanotubo prefiere la forma hexagonal pero
  acepta la inserción de pentágonos y heptágonos,
  lo que permite concebir todo tipo de formas.
• En la figura, los pentágonos (en rojo) tienen una
  curvatura positiva, mientras que los heptágonos
  (en verde) tienen una curvatura negativa.

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Nanotecnología. Las nanoestructuras de carbono
los nanotubos

• El nanotubo se adapta a las presiones mecánicas
  (flexión, torsión, compresión axial, flexión) a
  cada presión emite un crac acústico pero no se
  rompe jamás.
• En la figura, un nanotubo sometido a presiones
  mecánicas de flexión.

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Nanotecnología. Las nanoestructuras de carbono
los nanotubos

• Un nanotubo sometido a presiones mecánicas de
  torsión.

21
Nanotecnología. Las nanoestructuras de carbono
los nanotubos

• Un nanotubo sometido a compresión axial.

22
Nanotecnología. Las nanoestructuras de carbono
los nanotubos

• Un nanotubo sometido a tracción.
• El nanotubo es cien veces más rígido que el acero
  (más de 300 Gigapascal) y pesa seis veces menos.

23
Nanotecnología. Las nanoestructuras de carbono
los nanotubos como transistores

• Al poder actuar como semiconductor, el nanotubo
  puede formar parte de un transistor.

24
Nanotecnología. Las nanoestructuras de carbono
los nanotubos como transistores

• 2004. Se creó, con fines comerciales, el
  transistor más pequeño hasta entonces.
• La figura ilustra las dimensiones.

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Nanotecnología. Aplicaciones mecánicas de la
nanotecnología el rotaxano

• Angel Kaifer y Fraser Stoddar, de la Universidad
  de Birmingham fabricaron un rotaxano que está
  constituido por un anillo (amarillo) que rodea un
  eje compuesto de una molécula que tiene dos
  zonas, bastante alejadas, y capaces de cambiar de
  potencial (verde y azul. Al hacer variar el
  potencial de las zonas se desplaza la molécula
  anillo