Nanotecnología: descubriendo la estructura de la materia

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En el último tiempo, el desarrollo científico tecnológico nos ha llevado más allá de las fronteras de nuestra imaginación, invitándonos al mundo infinito de lo más pequeño, a espacios que comprenden la millonésima parte de un milímetro. Nos referimos a la nanociencia y a la nanotecnología.

Boletín Explora Nº 29, Septiembre de 2006

¿Qué es la nanotecnología?

La nanotecnología es el estudio y manipulación de la materia a nivel molecular y atómico a escala nanométrica, es decir, en tamaños de la millonésima parte de un milímetro.

El avance de esta área ha sido posible gracias al desarrollo de instrumentos como el microscopio de efecto túnel, que permite “ver”, y “mover” -utilizando una punta muy fina- átomos individuales formando parte de moléculas y superficies. Otros microscopios, entre los que se cuentan el de fuerza atómica y los microscopios electrónicos de barrido y de transmisión, disponen hoy de una tecnología tal que pueden atravesar las fronteras de lo nano.

¿Cuáles pueden ser sus aportes?

Mediante la nanotecnología podría ser posible crear nuevos materiales para ser utilizados ampliamente en la sociedad, desde mejores cremas de protección solar hasta sofisticados medios de almacenamiento de información.

Los nanotubos de carbono, por ejemplo, son extraordinariamente livianos y duros. En la actualidad se están empezando a usar para reforzar equipos deportivos de alta calidad como raquetas de tenis, manubrios de bicicletas de montaña, palos de golf, entre otros.

Estos nanotubos son también mejores y más eficientes conductores de la electricidad que los metales, por lo que redes de nanotubos podrían reemplazar el tendido eléctrico tradicional.

En el ámbito de la terapia del cáncer, en tanto, se investiga en ratas el uso de pequeñísimas esferas de sílice (170 nanómetros) recubiertas de una finísima capa de oro. Estas mini cápsulas se infiltran en tumores cancerígenos y se calientan con un rayo láser infrarrojo inocuo para el tejido sano. El calor de las cápsulas permite quemar las células malignas sin dañar las sanas.

Si bien grandes progresos se han realizado a nivel mundial en nanociencia en los últimos quince años, su aplicación en productos de consumo tardará aún varios años para generar productos robustos y novedosos. Mucho falta aún por descubrir, y serán los científicos del mañana, esos que aún estudian en liceos y colegios, los que abrirán camino para estos desarrollos, que sin duda modificarán la percepción que hoy tenemos del mundo que nos rodea.

nano2

¿Por qué llegar hasta la estructura atómica de la materia?

Los nanotecnólogos han observado que al manipular la materia a escala nanométrica e interactuar con su estructura atómica, propiedades como la conductividad eléctrica, color, resistencia, elasticidad y reactividad de los elementos se manifiestan de manera diferente que a mayor escala. ¿La razón? Cada material tiene propiedades específicas, que lo hacen o no apropiado para ciertas aplicaciones tecnológicas. Por ejemplo, no es casualidad que los cables eléctricos se fabriquen de cobre.

electronesLos metales como el cobre son duros y brillantes, maleables y dúctiles, buenos conductores del calor y la electricidad. Estas propiedades se explican por la manera en que se ordenan –confinan – los electrones alrededor del núcleo. Todos los metales tienen la tendencia a donar electrones y por eso son buenos conductores de la electricidad y del calor, y debido a que sus átomos se pueden ordenar en capas, son dúctiles y maleables.

Por otra parte, la nube electrónica de un átomo de carbono no solo es distinta a la de un átomo de oro o de cobre, sino que es diferente entre la mina de un lápiz y un diamante, aunque ambos están formados únicamente de átomos de carbono. En el caso del diamante, la configuración electrónica hace que los átomos se ordenen geométricamente en el espacio con una estructura cristalina, y en planos paralelos en el grafito, lo que permite que los átomos se desplacen unos sobre otros. Este ordenamiento hace que el diamante sea transparente a la luz y sea el material más duro que se conoce, contrastando claramente con la apariencia y consistencia de la mina de un lápiz.o de cobre, sino que es diferente entre la mina de un lápiz y un diamante, aunque ambos están formados únicamente de átomos de carbono. En el caso del diamante, la configuración electrónica hace que los átomos se ordenen geométricamente en el espacio con una estructura cristalina, y en planos paralelos en el grafito, lo que permite que los átomos se desplacen unos sobre otros. Este ordenamiento hace que el diamante sea transparente a la luz y sea el material más duro que se conoce, contrastando claramente con la apariencia y consistencia de la mina de un lápiz.

Estas y otras innumerables diferencias las podemos encontrar en la unidad más pequeña de la estructura de la materia: el átomo. Y es justamente el átomo el que la nanotecnología ahora puede manipular, ordenándolo en relación a otros de tal manera que se generan nuevas propiedades y materiales.

 
 
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