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| Date post: | 19-Jul-2015 |
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Engineering |
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NANOMATERIALES
DEFICION:
Son materiales con propiedades morfológicas mas pequeñas que un micrómetro. Algunos autores restringen su tamaño a menos de 100 Nanómetros (Nano (10−9) -> 10 átomos)
PROPIEDADES ESPECIALES:
- Mas pequeños
- Mas ligeros
- Mas duros
- Mas resistentes
- Mas duraderos
DIVISION DE NANOMATERIALES
- NANOCOMPUESTOS: SON MATERIALES CREADOS INTRODUCIENDO,
EN BAJO PORCENTAJE, NANO PARTÍCULAS EN UN MATERIAL BASE
LLAMADO MATRIZ.
- NANOTUBOS: Son estructuras tubulares con
diámetro manométrico. Aunque pueden ser de
distintos material, lo mas conocidos son los de
silicio y principalmente, los de carbono. Son
canuto o tubos concéntricos, o pueden estar
cerrados por media esfera de fulereno*. (son
eléctricas, térmicas y mecánicas)
*:forma alotrópica del carbono
- NANOPARTICULAS: Se trata de partículas muy
pequeñas con una dimensión menor de los 100
nm.
CLASIFICACION DE NANOMATERIALES:
- BASADOS DE CARBONO: son lo que están formados por un
gran porcentaje de carbono y adoptan formas como
esferas huecas, elipsoides o tubos.
- BASADOS EN METAL: Son aquellos nonamateriales que
incluyen puntos cuánticos nanoparticulas de oro y plata.
- DENDIMEROS: estos nanomateriales tienen la característica
de ser polímeros construidos a partir de unidades
ramificadas.
- COMPUESTOS: Estos nanomateriales tienen la capacidad
de combinar nanopartículas con otras similares o con
materiales de mayor tamaño.
MATERIAS A LAS QUE SE APLICA:
- MEDICINA: EN LA RAMA DE LA
MEDICINA QUE APLICA
CONOCIMIENTOS DE LA
NANOTECNOLOGÍA PARA
PROCEDIMIENTO MÉDICOS. (EJM:
NANOPARTICULAS DE PLATA QUE SE
ESTÁN USANDO PARA DESINFECTANTE Y
ANTISÉPTICO.)- INFORMATICA: Para la transmisión de
información se han aplicado los
nanotubos. (Ejm: Chip de
computadoras)
- NANOINGENIERIA: Es una rama de
la ingeniería, que usa la
nanotecnología para diseñar
productos y sistemas a nano
escala.
• PROPIEDADES FISICAS:
- SE ADHIEREN UNAS A OTRAS.
- DISTRIBUCIÓN SEGÚN EL TAMAÑO
- LISURA O RUGOSIDAD DE SU SUPERFICIE
- SU CAPACIDAD PARA DISOLVERSE
• PROPIEDADES QUIMICAS:
- ESTRUCTURA MOLECULAR.
- SE ENCUENTRA EN ESTADO SOLIDO, LIQUIDO O GAS.
- ATRACCIÓN DE MOLÉCULAS DE AGUA Y DE ACEITES O GRASAS.
GRAFENO
El grafeno, es una capa de carbono de un solo
átomo de grosor, fue descubierto en 2003 oir
Andrei Geim y Konstantin Novoselov. (Premios
Nobel de Física)
• El grafeno esta compuesto delelemento básico de nuestra
vida, el carbono, tiene una
forma hexagonal que
recuerda a los enjambres de
abejas y una delgadez tal queasusta, ya que no tiene
volumen.
PROPIEDADES:
- El GRAFENO es doscientas veces
mas fuerte que el acero y,
estirándolo, mas resistente que el
diamante, pese a su aparienciafrágil en el microscopio.
- El GRAFENO conduce la
electricidad mejor que muchos
de los materiales metálicos. Estosignifica que los componentes
electrónicos basados en este
material serian mas eficientes y
consumirían menos electricidad.
- ALTA FLEXIBILIDAD Y LIGEREZA.
- TRANSPARENTE.
- AUTOENFRIABLE.
- SOPORTA LA RADIACIÓN IONIZANTE.
- MENOR EFECTO JOULE ( SE CALIENTA
MENOS CUANDO CONDUCE
ELECTRONES).
- CAPAZ DE GENERAR ELECTRICIDAD AL
SER ALCANZADO POR LA LUZ.
- AUTORREPARABLE: UNA LAMINA DE
GRAFENO DAÑADA ES CAPAZ DE
ATRAER HACIA SÍ ÁTOMOS DE
CARBONO SITUADOS EN SUS
PROXIMIDADES PARA REPARAR EL
HUECO.
• APLICACIONES:
- NOMBRADO COMO EL MATERIAL
DEL FUTURO, ESTE SE PODRÁ
UTILIZAR PARA REALIZAR DIFERENTES
ELECTRODOMÉSTICOS,
COMPUTADORAS, TELÉFONOS
CELULARES; SE PODRÁN HACER
NUEVAS HERRAMIENTAS DE
TRABAJO QUE FACILITARAN LAS
LABORES.
- CUANDO ESTE PRODUCTO SEA
MAS ASEQUIBLE EN UNOS AÑOS, SE
EMPLEARA EN NANOTECNOLOGÍA,
BATERÍAS MAS DURADERAS,
PANTALLAS FLEXIBLES,
PROCESADORES ULTRA RÁPIDOS,
ETC.
Conductores
Son materiales cuya resistencia al paso de laelectricidad es muy baja. Los mejoresconductores eléctricos son metales, como elcobre, el oro, el hierro y el aluminio, y susaleaciones, aunque existen otros materialesno metálicos que también poseen lapropiedad de conducir la electricidad,como el grafito o las disoluciones ysoluciones salinas (por ejemplo, el agua demar) o cualquier material en estado deplasma.
Aplicaciones de los conductores:Conducir la electricidad de un punto a otro
(pasar electrones a través del conductor; loselectrones fluyen debido a la diferencia depotencial).
Crear campos electromagnéticos alconstituir bobinas y electroimanes.
Modificar la tensión al constituirtransformadores.
La superconductividad fue descubierta por elfísico holandés HEIKE KAMEERLING ONNET.Premio Nobel en 1913
Estudiaba los efectos que producían lastemperaturas muy bajas en las propiedades delos metales.
Se dio cuenta en uno de sus experimentos conel mercurio que perdía toda su resistencia deflujo de electricidad cuando se enfriaba 4°K. (-269° C), cuando se esperaba que disminuyeragradualmente hasta el cero absoluto.
No fue hasta 1913 que se descubre lapresencia de un campo magnético losuficientemente grande que destruía el estadode un superconductor dándole existencia a lallamada corriente eléctrica critica.
TEORIA DE MESSNER
Consistía en la desaparición del campomagnético
enfriando al metal por debajo de sutemperatura
critica en presencia de un campo magnético.
El elemento con el que
se experimentaban los
metales era el HELIO
LIQUIDO, elemento muy
costoso, dificultando los
estudios para los
superconductores.
Capacidad que posee un material
para conducir corriente eléctrica sin
resistencia ni perdida de energía.
La resistividad eléctrica de una
sustancia mide su capacidad
para oponerse
al flujo de carga eléctrica
a través de ella.
Teoría
BCS• Considerada una de las mas
importantes de la superconductividad.
• Basada en que los portadores de cargao energía no eran los electrones sinopareja de electrones.
• electrones = carga repelen.
• Sin embargo dentro de una redcristalina (micro-estructura moleculardel material) es posible que su cargasea positiva = atracción.
Este tipo de superconductividad fue descubierta en1986 por Karl Alexander Müller y Johannes GeorgBednorz y fue inmediatamente reconocida porel Premio Nobel de Física de 1987.
Se descubrió la existencia de superconductividad enun óxido de cobre. Ello supuso una gran sorpresa, nosólo por la temperatura crítica a la que se producía lasuperconductividad (-235ºC, la mayor hasta lafecha), sino también porque la superconductividadaparecía en materiales cerámicos que conducenmuy mal la electricidad.
Este estudio lo realizaron utilizando nitrógeno líquido,el cual también permitía enfriar los materiales, y eramucho más barato que el helio líquido que se utilizapara enfriar a temperaturas aún más bajas, cerca delllamado 0 absoluto (-273ºC).
Esto hizo que se abriera la puerta al estudio de lossuperconductores a temperatura ambiente.
Tabla 2
Elemento
Temperatura
Crítica Tc(°K)
Campo Magnéti
co Crítico Hc’ en
Oe
Elemento
Temperatura
Crítica Tc(°K)
Campo Magnéti
co Crítico Hc’enOe
Ti 0,40 100 Rn 1.70 201
Ru 0.49 66 Tl 2.39 171
Zr 0.55 47 In 3.40 278
Cd 0.56 30 Sn 3.72 309
U 0.60 ~2000 Hg 4.15 411
Os 0.71 65 Ta 4.40 780
Zn 0.82 52 V 5.30 1310
Ga 1.10 51 La 5.95 1600
Al 1.20 99 Pb 7.17 803
Th 1.37 162 Nb 9.22 1944
Hay treinta metales puros que exhiben
resistividad cero a bajas temperaturas, y
tienen la propiedad de excluir los campos
magnéticos del interior del superconductor
(efecto Meissner). Son llamados
superconductores de Tipo I . La
superconductividad existe sólo por debajo
de sus temperaturas críticas y por debajo
de una intensidad de campo magnético
crítica. Los superconductores de Tipo I,
están bien descritos en la teoría BCS.
Los superconductores de tipo II
también presentan el efecto
Meissner con campos
magnéticos pequeños pero
cuando el campo magnético
supera una determinada
magnitud permiten que el
campo lo penetre parcialmente
formando vórtices.
Los superconductores hecho
con aleaciones se llaman
superconductores de Tipo II.
Además de que son
mecánicamente mas duros
que los superconductores
de Tipo I, exhiben mayores
campos magnéticos. Los
superconductores de Tipo II
tales como el niobio-
titanio (NbTi) se usan en la
construcción de imanes
superconductores para
grandes campos.
Energía EléctricaAhorran energía al no producircalor, sino que tambiénadmiten la transferencia demucha mayor potencia que uncable de cobre con el mismovoltaje
No producen altos camposelectromagnéticos en susproximidades ni efectostérmicos.
MedicinaLos aparatos de resonancia magnética que seutilizan en pruebas médicas de imagen,funcionan gracias a imanes creados consuperconductores.
TransporteAunque actualmente su uso es muy limitado seespera que los superconductores tengan un granimpacto en el transporte. Por una parte laposibilidad de construir motoressuperconductores mucho más pequeños yligeros es muy interesante para la navegaciónmarítima.
En el ámbito ferroviario los superconductorespueden utilizarse para construir trenes quelevitan sobre vías magnéticas.
¿QUÉ ES UN FOTÓN?
El fotón es la partícula elemental responsable de las
manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético.
¿QUÉ SON LOS MATERIALES
FOTONICOS?
Constituyen una gran variedad de materiales electrónicos
especiales
La tecnología especifica bajo materiales fotonicos incluye:
LASER ORDENADORES
LOS DETECTORES
CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES FOTNICOSUn material fotónico es aquel que esta estructurado de forma que su función dieléctrica varié periódicamente en el espacio.
Se trata de materiales relativamente novedosos para inhibir la emisión espontanea y para producir localización de luz respectivamente.
FUNCIONAMIENTO BASICO DE UN MATERIAL FOTONICO
• Un material fotonicos representan para la luz o en general para las ondas electromagnéticas, lo que semiconductores para los electrones.
• Cuando la luz penetra en estos materiales la radiación se difunde en cada uno de los centros de dispersión que lo forman. El resultado final es que parte de la radiación se vera reforzada mientras que otra quedara anulada en función de ciertos parámetros característicos ( longitud de onda, dirección, índice de refraccion,etc)
FABRICACION DE MATERIALES FOTONICOS• La mayoría de los materiales utilizados en la fabricación de
componentes fotonicos son cristalinos.
APLICACIONES
La comunicación
La navegación
Radar laser
Guerra electrónica
Sensores
En la medicina
Óptica
Rayos laser
Circuitos ópticos
Celdas solares y módulos fotovoltaicos
CRISTALES FOTONICOS
Los cristales fotónicos son nanoestructuras ópticas periódicas que
están diseñadas para afectar el movimiento de los fotones de un
modo similar al que la periodicidad de un cristal semiconductor
afecta al movimiento de los electrones.
FABRICACION
Su mayor desafío es la alta dimensional es la fabricación de estas
estructuras con suficiente precisión para prevenir perdidas debidas a la
dispersión que atenúen las propiedades del cristal y que permiten su
fabricación en serie
