Nanotecnología

Siguiendo con la relación entre la nanotecnología y física de superficies, María Vila nos hablará a continuación sobre el silicio poroso, un tema de investigación que alcanzó un gran interés entre la comunidad científica hace algunos años debido a las notables propiedades de este material, debidas en gran medida a la gran relación superficie/volumen que posee.

Por María Vila

El Silicio Poroso fue descubierto en 1956 por Arthur Uhlir en los laboratorios Bell de EE.UU mientras intentaban desarrollar una técnica para pulir obleas de Silicio. Se dio cuenta de que bajo ciertas condiciones se producía una disolución parcial de la oblea, obteniendo así silicio poroso.

Fig 1. Número de publicaciones relacionadas con el Si poroso desde su descubrimiento

No fue hasta la década de los 80 cuando el silicio poroso comenzó a tener interés en la comunidad científica (Fig.1), coincidiendo con la demostración de Canham de la fotoluminiscencia a temperatura ambiente del mismo, convirtiéndose en un material prometedor para aplicaciones optoelectrónicas.

Actualmente la línea de investigación se centra en las propiedades explosivas del material, ya que se ha descubierto que el silicio poroso explota con oxígeno a temperaturas criogénicas, produciendo energías superiores a las del TNT.

Fabricación

Al principio se obtenía por strain-etching usando ácido fluorhídrico, ácido nítrico y agua. Este método es especialmente atractivo debido a su simplicidad y a que se obtienen capas muy finas de silicio poroso (25Å).
Además se puede obtener mediante anodización, usando un cátodo de platino y usando la misma oblea de silicio como ánodo. Esto se sumerge en un electrolito de ácido fluorhídrico.

Microestructura

A escala microscópica el silicio poroso está formado por nanocristales de Si, coexistiendo en una matriz de silicio puro con silicio poroso (Fig.2). Presenta numerosos defectos superficiales debido a su superficie porosa que se extiende tanto por la superficie externa como a lo largo de la dirección del flujo de corriente. La región porosa está formada por nanocristales de silicio interconectados y organizados en estructuras muy restringidas dimensionalmente.

Fig 2. Interfaz de Si y Si poroso.

Estado del arte

Son numerosas las líneas de investigación abiertas y las aplicaciones que se están desarrollando hoy en día, comentando algunas aplicaciones interesantes:

Filtro ultrarápido de Silicio

Usando una membrana de unos pocos nanómetros de grosor se pueden filtrar líquidos y moléculas muy parecidas en tamaño. Esta nueva membrana funciona 10 veces más rápido que las que se usan actualmente para purificar la sangre o para separar un único tipo de moléculas del resto.
Estas membranas se han crecido depositando tres capas, una de silicio amorfo entre dos de dióxido de Si, sobre una oblea de Si. Sometiendo a esta oblea a temperaturas superiores a 700 C, se consigue la cristalización del silicio amorfo, formándose los poros. Con un control exhaustivo de la temperatura son capaces de controlar el tamaño medio de los poros.

Fig 3. Oblea de Si con 160 membranas de silicio nanoporoso. Cada una con un grosor de 15nm.

http://www.technologyreview.com/computing/18189/?a=f

Mejora en baterías de Silicio

El equipo de Hanyang ha desarrollado un electrodo a partir de silicio poroso que podría duplicar la capacidad de carga de estas baterías, además de obtener una carga y descarga muy rápida.
La afinidad electroquímica entre el litio y el silicio hacen al silicio un candidato óptimo para ser ánodo de la batería, pero además, los electrodos de silicio poroso tienen una carga superior a 2,400mA/h·g. Por otra parte, crear silicio poroso para tal efecto es mucho más económico y sencillo.

http://www.technologyreview.com/energy/21750/?a=f

Otros avances

http://www.technologyreview.com/biomedicine/16998/?a=f
http://www.technologyreview.com/energy/25170/

Continuando con nuestro acercamiento a la ciencia de superficies…

Por Óscar Iglesias Freire

La ciencia de las superficies surgió con fuerza como una rama científica propia a principios de los años 60 del siglo pasado de la confluencia de conceptos y mecanismos englobados en la física y en la química con innovaciones tecnológicas. Aunque se realizaron previamente multitud de estudios sobre superficies y fenómenos superficiales – algunos, como los de Irving Langmuir, incluso galardonados con el Premio Nobel (I. Langmuir, Nobel Lecture 1932) –, estos fueron clasificados dentro de otras subdisciplinas científicas tales como la química física o la física de electrones. La aplicación de estos conceptos a la ciencia de superficies fue posible gracias al desarrollo de grandes avances en los sistemas experimentales, algunos de los cuales destacan especialmente por la revolución que supusieron en la comprensión y manipulación de las superficies de los materiales.

Nacimiento: A mediados de los años 60 se comenzó a trabajar decididamente en este campo, debido principalmente a la posibilidad de fabricar muestras monocristalinas, crear condiciones de ultra alto vacío (UHV) y diversos descubrimientos relacionados con las interacciones electrón-sólido. Las muestras monocristalinas son útiles para realizar estudios de alta precisión y las presiones UHV, necesarias para conseguir superficies estables durante tiempos suficientemente grandes como para poder llevar a cabo medidas de caracterización. Por otro lado, durante este periodo histórico se desarrollaron modelos teóricos que permitieron caracterizar razonablemente bien superficies simples mediante la técnica de LEED (Duke, C. B. (1974) Adv. Chem. Phys. 27, 1–210). Hoy en día, es posible determinar completamente superficies de materiales monocristalinos (tanto su geometría como su composición), de manera rutinaria mediante espectroscopía electrónica.

Crecimiento: La ciencia de superficies experimentó un enorme crecimiento de la mano del desarrollo de la microelectrónica, habiendo dos motivos principales para ello. En primer lugar, el desarrollo de la miniaturización de los dispositivos electrónicos requiere un mayor conocimiento de los fenómenos superficiales y, por otra parte, el aumento de la potencia de cálculo ha permitido tanto la utilización de modelos teóricos predictivos sobre los efectos de las superficies en las propiedades de los materiales, como la mejora en la adquisición y el procesamiento de datos experimentales.

Consagración: El estudio científico de las superficies se consagró a mediados de los años 80 del siglo XX con la invención de la microscopía de campo próximo (Scanning Probe Microscopy, SPM, G. Binnig and H. Rohrer, Nobel Lecture 1986). Estas técnicas de caracterización permiten la obtención de imágenes reales de la superficie de cualquier tipo de material siendo incluso posible alcanzar la resolución atómica. Además, es posible realizar medidas in-situ y ver la evolución temporal de la superficie, caracterizar superficies sólido-líquido o realizar espectroscopía túnel (STS) de manera local. La capacidad de identificar la estructura local en amplias áreas de la superficie de una muestra ha permitido mejorar enormemente, además, la preparación de muestras.

Futuro: La tendencia actual es estudiar sistemas cada vez más complejos (Plummer, E. W. et al., J. (2002) Surf. Sci. 500, 1–27) y, por ello, la propia ciencia de superficies tiende a dividirse, cada vez más, en multitud de áreas interdisciplinares. Probablemente, la ciencia de superficies quedará difuminada entre otras subdisciplinas que adquirirán una mayor relevancia en las nuevas tecnologías del futuro (Duke, C. B., Proc. of the Nat. Acad. of Sci. 100, 3858–3864).

En las figuras (por orden de aparición): Figura 1. Irving Langmuir (1881-1957), premio Nobel de química en 1932. Figura 2. Oblea de silicio monocristalino. Figura 3. 32 nm SoC Transistor (Proceedings of International Electron Devices Meeting 2007). Figura 4. Heinrich Rohrer y Gerd Binnig, premios Nobel de física en 1986, con un STM.

Con este artículo abrimos una serie de posts dedicados a la relación entre la ciencia de superficies y la nanotecnología. Iremos descubriendo poco a poco en qué son las superficies y cómo se conectan con la nanociencia.

Por Belén Sotillo

La Ciencia de Superficies se dedica al estudio de de las propiedades físicas y químicas de las interfases, es decir, de las regiones que se encuentran entre dos fases distintas. Como ejemplos de interfases tenemos: sólido-sólido, sólido-líquido, sólido-gas (a ésta la conocemos comúnmente como superficie), líquido-líquido o sólido-vacío. Para más información ver: http://www.uksaf.org/tutorials.html

Las propiedades físicas y químicas de una interfase o intercara van a diferir de las que tiene el material masivo, debido a que los átomos superficiales no van a tener todos sus enlaces formados con otros átomos de su misma especie, y por lo tanto se van a tener que reorganizar para buscar sus nuevas posiciones de mínima energía (todos los sistemas tienden espontáneamente a una situación de equilibrio, de mínima energía). Además, podemos tener átomos ajenos (adsorbatos) que se enlacen con los átomos superficiales dando lugar a nuevas reorganizaciones y nuevas propiedades. Es decir, el estudio de las superficies no es algo sencillo.

Tampoco es sencillo dar un valor concreto para el espesor de la interfase o intercara. En general, va a depender de la propiedad concreta que se esté estudiando en cada caso. Así, por ejemplo para estudiar el enlace entre los átomos de sustrato y átomos de adsorbatos sólo hace falta considerar dos capas atómicas: una del sustrato y otra del adsorbato. Sin embargo, para estudiar por ejemplo una zona de carga espacial es necesario tener en cuenta varias capas atómicas.

La Ciencia de Superficies no sólo tiene interés a nivel científico, sino también tecnológico. Así por ejemplo los catalizadores, muy importantes para la industria química, son objeto de estudio por parte de la Ciencia de Superficies. O también la fricción, lubricación y desgaste entre, por ejemplo, las piezas de una máquina son estudiadas por esta ciencia (lo que tenemos son superficies en contacto). Esto último se conoce como tribología (http://en.wikipedia.org/wiki/Tribology) .

Desde hace unos cuantos años, la Nanotecnología está llamando la atención de muchos científicos, debido tanto a su alto potencial a nivel tecnológico, como a su utilidad para estudiar sistemas en los que los fenómenos cuánticos cobran importancia. Y para la Ciencia de Superficies en concreto se han abierto nuevos caminos de investigación.

En los sistemas nanométricos, las superficies pasan a jugar un papel más importante que el que tenían en los sistemas macroscópicos. Esto es así porque, al reducir la escala, el número de átomos que tenemos en la superficie con respecto al número de átomos que tenemos en volumen va a aumentar drásticamente. Por tanto, se hace necesario comprender bien las propiedades de las superficies y así poder controlarlas.

Como ejemplo, podemos mencionar los catalizadores. Se ha demostrados que el tener catalizadores nanoestructurados o directamente nanopartículas aumenta enormemente el poder catalítico de una sustancia, ya que aumentamos la superficie disponible para que se produzca la reacción (http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=2680.php).

La superficie también es importante en el crecimiento de nanoestructuras. Esto es así porque la forma de una nanoestructura va a ser aquella que minimice la energía superficial. Y como la forma de la nanoestructura afecta a sus propiedades, el conocimiento de las propiedades superficiales va a ser importante para poder seleccionar una cierta forma y por tanto una cierta propiedad.

Nanopartículas de Paladio con formas distintas (http://www.owlnet.rice.edu/~sc4649/Classwork/Dr%20Wong%20Research/Pd%20Nanoparticle%20synthesis/Xia%3B%20Shape-controlled%20Synth%20of%20Metal%20Nstructures%3B%20Case%20of%20Pd.pdf)

Además, se está estudiando utilizar la energía superficial para fabricar generadores en la nanoescala: http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=15175.php .

También se está estudiando la tribología a escala nanométrica para, por ejemplo, mejorar las capas de lubricante (http://www.azonano.com/details.asp?ArticleID=1507). Es decir, que la Ciencia de Superficies es y continuará siendo un campo de estudio muy activo gracias en gran parte a la Nanotecnología.

Por Santiago Lamas

El pasado año, parte del grupo del Dr. Jason Locklin del Departamento de Química de la Universidad de Georgia y profesor adjunto del Franklin Collage of Arts and Science, ha publicado un artículo en la revista científica ‘Chemical Communications’ en el que explican rigurosamente su logro. Y es que los estudiantes de posgrado Nicholas M. Marshall y S. Kyle Sontag, junto con su director de equipo, han conseguido hacer crecer unos nanohilos orgánicos con propiedades semiconductoras que pueden hacer avanzar en gran medida ciertos problemas de almacenamiento de energía en dispositivos electrónicos integrados en el cuerpo humano.

Tal y como lo explica el Dr. Locklin, para entender mejor como es la estructura molecular que han creado, debemos imaginarnos un cepillo para el cabello. De modo, que el mango estaría formado por un metal donde se hacen crecer macromoléculas orgánicas, que serían las cerdas del cepillo. El metal es dióxido de silicio (comúnmente llamado sílice, cuya estructura está formada por dos átomos de oxígeno y uno de silicio, siendo su fórmula química SiO2) y las macromoléculas orgánicas son polímeros compuestos por anillos de tiofeno y benceno. El tiofeno (C4H4S) es una molécula cíclica en forma de pentágono constituido por cuatro átomos de carbono, uno de azufre y cuatro de hidrógeno. Y el benceno (C6H6) es también una molécula cíclica pero con forma hexagonal y constituida por 6 átomos de carbono y 6 de hidrógeno.

 En esta figura podemos ver la estructura básica del ‘cepillo’, donde tenemos una lámina metálica de dióxido de silicio en la que hacemos crecer los polímeros orgánicos. Además hemos realizado una ampliación en 3D de lo que sería la estructura molecular principal del polímero formado por anillos de tiofenos y bencenos

Se sabe que la molécula de tiofeno se comporta como un aislante, pero si unimos varias de ellas entre sí, formando un polímero donde el monómero repetido es el tiofeno, vemos que el conjunto creado posee propiedades típicas de un conductor. Este grupo ha logrado una técnica de creación de polímeros a partir de tiofenos y bencenos cuya estructura puede ajustarse a su voluntad, logrando polímeros con propiedades semiconductoras. Esto podría permitir una nueva línea en la creación de dispositivos electrónicos como diodos, transistores, etc. en una escala entre los 5 y los 50 nm.

Por otro lado, es conocida la dificultad de aprovechar la energía propia del cuerpo humano para mantener ciertas baterías de dispositivos electrónicos implantados en el mismo (prótesis, sensores, marcapasos, etc.), pero gracias a las características orgánicas de estos polímeros que han desarrollado, sería posible construir fuentes de alimentación de energía para dichos dispositivos funcionando de manera autónoma.

Aunque los seres humanos tienen enzimas en el organismo que hacen un gran trabajo al convertir la energía química en energía eléctrica, no son lo suficientemente útiles para dicha aplicación ya que tienen capas de aislante a su alrededor para protegerse del medio, impidiendo el transporte de electrones desde el lugar activo hasta el dispositivo electrónico implantado. Por ello, esperan que los cables moleculares poliméricos que han elaborado proporcionen un mejor conducto para el flujo de cargas.

Las posibilidades son muchas pero el profesor Locklin advierte que todavía no se conocen los procesos físicos que permiten el desplazamiento de las cargas a través de estos polímeros, por lo que se debe seguir investigando.

Otros enlaces de interés:

Página web que recoge la noticia y parte de la entrevista realizada al Dr. Jason Locklin, director del equipo:
http://www.neoteo.com/semiconductores-organicos-nanotecnologia.neo

Artículo del Dr. César Alfredo Barbero en el que expone una visión general sobre las propiedades conductoras y semiconductoras de los polímeros:
http://www.materiales-sam.org.ar/sitio/revista/Trabajo_Barbero.pdf

En el mes de Febrero del presente año, este mismo grupo ha publicado un nuevo artículo en el que detallan el desarrollo de las técnicas usadas para el crecimiento de este tipo de polímeros:
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ma902710j

Por Santiago Lamas

El día 21 de Diciembre de 2009, se publicó en la revista científica SMALL el artículo titulado ‘Intracellular silicon chips in living cells’ (‘Chips de silicio dentro de células vivas’). El logro ha sido llevado a cabo por un grupo de 12 científicos españoles del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB) que pertenece al Centro Nacional de Microelectrónica (CNM) del CSIC.

Fundamentalmente lo que han logrado es implantar sensores de silicio en células vivas. De modo que este hecho innovador será el precursor de avances en la detección y monitorización de sucesos que pueden darse en las propias células, además nos permitirán por ejemplo detectar precozmente ciertas enfermedades o incluso la propia reparación de las células enfermas. Digamos que estos sensores de silicio podrían advertirnos de lo que está sucediendo en la célula de forma directa, sin destruirla y sin cambiar sus propiedades y funciones.

Los chips usados como sensores, son el elemento por excelencia en electrónica; el silicio, y están fabricados industrialmente por un proceso bastante frecuente llamado fotolitografía. El tamaño de estos chips puede variar, y seguro serán cada vez más diminutos. De hecho se prevé que dentro de diez años se podrían inyectar unos 2500 transistores (ver gráfica de la imagen) en una célula viva típica (el tamaño medio de las células humanas es del orden de las micras).

En una entrevista realizada a dicho grupo, D. José Antonio Plaza que es uno de los investigadores, explica que existen varias maneras de introducir los chips en la célula viva. Una es la lipofección (encapsulamiento del chip en una vesícula llamada liposoma que luego entra a la célula por endocitosis), otra es la fagocitosis (la membrana de la célula crea una cápsula para el chip con su propia ‘piel’ y después se la introduce así misma) y la microinyección (haciendo uso de microagujas que inyectan el chip directamente en la célula).

Las biólogas del grupo, Dña. Patricia Vázquez y Dña. Teresa Suárez, explican que primero incubaron células humanas de HeLa con chips de silicio policristalino, pero este método daba rendimientos muy bajos y por ello optaron por la técnica de lipofección explicada anteriormente. Tras una semana descubrieron que más del 90% de las células que contenían chips aún seguían vivas. Basándose en éste y otros experimentos, concluyeron que los chips que habían fabricado, podían interactuar con el citoplasma celular sin cambiar su viabilidad y funcionalidad como sensor.

Lo que este equipo ha permitido es dar un primer paso en la innovación para la integración de los chips de silicio basados en MEMS (MicroElectroMchanical Systems; dispositivos con al menos uno de los elementos que lo componen del orden de las micras y que han sido fabricados utilizando tecnologías de microfabricación) dentro de las células. Y prevén que en un futuro los chips internos en las células puedan realizar un seguimiento in vivo y a tiempo real de cada evento celular. Pero evidentemente indican que aunque las observaciones que se han llevado a cabo son muy prometedoras, es necesario realizar las pruebas de toxicidad y compatibilidad pertinentes.

“Cómo van a interactuar en el futuro estos dispositivos con las células vivas, no lo sabemos con exactitud, pero seguro será algo nuevo y fascinante” concluye J. A. Plaza.
Otros enlaces de interés:
Página que recoge la noticia y parte de la entrevista a ciertos componentes del grupo IMB-CNM (CSIC)
Tesis Doctoral de la Dra. Mª José López Martínez en la que también explica ciertas técnicas utilizadas en la obtención de los chips de silicio

En palabras de la Comisión Europea para la Nanotecnología: Uno de los retos de la nanotecnología es producir materiales con las propiedades deseadas. El desarrollo de estos nanomateriales tendrá impacto en todas las áreas de la ciencia, tecnología, innovación y en el mundo empresarial. Algunos nanomateriales ya están incorporados en productos comerciales, pero los próximos avances irán mucho más lejos, llegando incluso a mejorar nuestra calidad de vida.

Para empezar a comprender la importancia de esta tecnología, debemos plantearnos en primer lugar cómo se fabrican los nanomateriales. Hasta la fecha, Hay dos técnicas fundamentales de fabricación. Bajo la aproximación top-down (de arriba hacia abajo), las nanoestructuras se fabrican desde estructuras más grandes, a través de progresivas reducciones del tamaño. La segunda técnica es el bottom-up (de abajo hacia arriba). En este caso las nanoestructuras son fabricadas a través de sus componentes individuales, átomos o moléculas. Para que este proceso tenga lugar es necesario que las moléculas tiendan espontáneamente a formar complejos más grandes, mecanismo conocido como self-assembly. Muchos procesos biológicos, que se desarrollan en la naturaleza desde hace millone de años, se basan en este comportamiento. En la imagen se pueden ver distintas imágenes de nanomateriales:

Pero la fabricación y producción a gran escala de nanomateriales con determinadas propiedades entraña dificultades. Una de las principales barreras a las que se enfrentan los investigadores es la falta de conocimiento de algunos procesos fundamentales que suceden a la nanoescala, y cómo pueden afectar posteriormente a sus aplicaciones.

Para crear nuevos materiales debemos conocer como se van a comportar cada uno de los elementos que lo componen en el mundo macroscópico. Es decir, debemos transferir las propiedades observadas en escalas nanométricas a la escala del mundo real. Por ello, debemos conocer como afectan los pequeños cambios a las propiedades macroscópicas, y tener la habilidad de reproducirlo de forma controlada.

Los conocimientos actuales en la nanotecnología pueden aplicarse en diferntes áreas, desde el almacenamiento de energía hasta biomateriales. Por ejemplo, actualmente se utilizan nanopartículas para mejorara cosméticos, como pueden ser los protectores solares. Utilizando nanoestructuras, las superficies pueden ser modificadas para hacerlas anti-arañazos, impermeables o siempre-limpias.

La Unión Europea ha financiado a través del programa marco 6 (FP6) 38 proyectos relacionados con materiales nanoestructurados, y que han recibido una financiación de 154 millones de euros. Uno de los proyectos se conoce como NANOFIRE, y en él se investiga la posibilidad de combinar moléculas orgánicas e inorgánicas en polímeros para crear una superficie totalmente ignífugo. Los retardantes orgánicos que actualmente se utilizan con polímeros son altamente efectivos, pero pueden causar problemas ambientales o de salud. Por eso, dentro de este proyecto se está trabajando con silicatos y nanotubos de carbono, que presentan unas exclentes propiedades mecánicas y son bastante inocuos.

La Unión Europea, desde la Comisión Europea de Nanotecnología, pone a disposición de la sociedad diferentes folletos donde informa sobre qué es la nanotecnología, qué estrategias y programas se están desarrollando entre los países europeos y cómo comunicar los avances y la innovación en esta nueva área de investigación. Hoy os presentamos, lo que desde esta Institución europea entienden como los fundamentos de la Nanotecnología, y ejemplos de programas de investigación básica que la estudian.

La nanotecnología tiene la virtud de poder transformar la medicina, la computación y la producción de energía. Hoy en día está en sus comienzos, por lo que para poder beneficiarnos de todo su potencial, Europa debe movilizarse y desarrollar su considerable capacidad de investigación fundamental bajo grandes y duraderos programas de investigación.  

Debe desarrollarse mucha investigación científica para que los beneficios sociales y económicos esperados de la nanotecnología se obtengan finalmente. El sector privado financiará, usualmente, la investigación que prometa beneficios comerciales y económicos rápidamente. Pero, el desarrollo de los fundamentos del conocimiento y de las herramientas tecnológicas, que permitan un innovador desarrollo industrial, demandan proyectos de investigación a largo plazo de financiación pública.

Comparación del tamaño de distintos objetos

Para poder predecir adecuadamente como un material va a comportarse en la nanoescala es necesario un estudio teórico y un trabajo de modelización complejo. En vistas al futuro, la tecnología "bottom-up" (autoensamblaje de los componentes básicos para formar grandes complejos nanométricos, tal y como se produce en la naturaleza) tiene un mayor potencial que la tecnología "top-down" (reducción de las dimensiones de los materiales hasta obtener el dispositivo deseado). Por ello, la Unión Europea ha financiado dos programas de investigación:

NANOQUANTA

Este proyecto está financiado por la Unión Europea con 5 millones de euros. Incluye a grupos de investigación de diez países, unidos para el estudio teórico y copmputacional de las propiedades electrónicas y ópticas de nanoestructuras. Desde la física del estado sólido hasta la biología es necesario conocer las propiedades de transoprte, las esxcitaciones electróncias y la espectroscopía. Por ello, al finalizar el proyecto se ha creado la "European Theoretical Spectroscopy Facility", situada en Louvain-le-Neuve, Bélgica, que es una e-infraestructura dedica a proporcionar el apoyo y los servicios a líneas de investigación académicas, guberanamentales e industriales. En esta red se desarrollan métodos y técnicas más eficientes y precisas para estudios espectrocópicos.

La espectroscopía estudia la interacción entre la materia y la radiación (electrones, luz, rayos X o láser) y es importante para el estudio de un amplio rango de materiales, desde sólidos a superficies atómicas. La espectroscopía teórica es una herramienta muy potente, combinación de teóricas cuánticas y simulaciones informáticas aplicadas al estudio de las propiedades electrónicas. Utilizando un amplio rango de métodos teóricos y computacionales, tales como DFT (Density Functional Theory) y MBPT (Many-body Perturbation Theory), los investigadores son capaces de estudiar la interacción de los electrones con campos externos.

En la página web de esta institución se pueden encontrar ejemplos de la aplicación de esta técnica a sistemas cero-, uni-, bi- y tri- dimensionales: http://www.etsf.eu/about_etsf/theoretical_spectroscopy/domains_of_application

AMNA

Este proyecto está liderado por el premio Nobel de 1987, Jean-Marie Lehn, y compuesto por investigadores de Suecia, Italia y Reino Unido. Cuenta con una financiación europea de 2.5 millones de euros para poder crear una red nanométrica que pueda servir de base para posibles aplicaciones de electrónica molecular y de sensores de diagnóstico. El objetvo es fabricar una plataforma en una malla 100 nm de tamaño con componentes básicos (building blocks) moleculares, para poder colocar sobre ella con precisión sub-nanométrica distintos grupos funcionales. Para ello van a utilizar hélices sintéticas de ADN, de forma que cada punto de la red tenga su propia función y que sea posible controlarla y modificarla con enzimas o sensores químicos.

MÁS INFORMACIÓN: página web de la Comisión Europea de Nanotecnología: http://www.cordis.lu/nanotechnology/

Por Carlos Javier Sacristán

Uno de los mayores beneficios de la nanotecnología es la posible reducción el tamaño de los componentes, además de mejorarlos. Sin embargo uno de los principales problemas a los que se enfrenta es la refrigeración de estos nanocomponentes. El sector de la electrónica está tratando de solventarlo. Una posible solución a esto puede tenerlo también la nanotecnología mediante el uso de nanotubos de carbono, materiales que pueden conducir más eficientemente el calor que el silicio.

Existen varios tipos de nanotubos de carbono, tanto monocapa como multicapas y poseen muy buenas propiedades mecánicas, químicas y evidentemente térmicas. Estos nanotubos están hechos esencialmente de capas individuales de grafito, por lo que es imposible que se produzcan bloques de deslizamiento y su enrollamiento está hecho en forma espiral. Para obtener un nanotubo se necesita la unión de sus bordes, consiguiendo finalmente un nanotubo con las propiedades conseguidas anteriormente.

Anteriormente los ordenadores se refrigeraban mediante disipadores y con grasa térmica, la innovación con los nanotubos es que éstos irán directos desde el microchip al disipador. Además a diferencia de las grasas térmicas, los nanotubos no se secan a lo largo del tiempo. Por otra parte, son muy eficientes ya que conducen el calor de una forma parecida a como lo hace el diamante o el zafiro.

Por tanto, se puede decir que los nanotubos tienen unas propiedades muy interesantes e importantes con muchas aplicaciones. Se está investigando mucho en los métodos productivos, habiéndose conseguido grandes avances. Los métodos más usados son por descarga de arco, ablación láser y crecimiento catalítico. Aún así, los procedimientos son muy caros por el momento.

MÁS INFORMACIÓN
http://www.phys.ttu.edu/~tlmde/thesis/CARBON_NANOTUBES.html

http://www.research.ibm.com/nanoscience/mol__mec_.html

http://www.theinquirer.es/2007/10/04/los_nanotubos_podrian_revolucionar_el_sistema_de_refrigeracion_de_los_chips.html

http://arstechnica.com/hardware/news/2007/10/nanotubes-could-make-a-path-towards-a-cooler-chip-future.ars

http://elite-mexicana.blogspot.com/2007/10/los-nanotubos-podran-revolucionar-el.html

Por Úrsula Carvajal

Ingenieros de la Universidad de Northwestern, en Illinois, USA, han conseguido crear transistores transparentes de alto rendimiento y bajo consumo de energía hechos a partir de nanotubos transparentes individuales, gracias a la combinación de un material inorgánico (el óxido de indio) con uno orgánico (moléculas que se autoensamblan a escala nanométrica). Estos nuevos transistores pueden acoplarse sin costes excesivos tanto a plásticos como a cristales debido a que las películas de óxido de indio pueden fabricarse a temperatura ambiente.

La idea de la fabricación de transistores transparentes no es nueva. Por ejemplo, hace ya varios años investigadores de la Universidad del Estado de Oregón (EE.UU) y de Hewlett Packard consiguieron fabricar transistores a partir de láminas delgadas de óxido de estaño y óxido de zinc, que decían ser respetuosos con el medio ambiente, baratos, estables, y transparentes.

Uno de los problemas de los transistores transparentes que se habían fabricado hasta el momento era su bajo rendimiento, que los descartaba para posibles aplicaciones. Los nuevos transistores transparentes, producidos sobre plástico o cristal, permitirán grandes proezas tecnológicas gracias a que, además de ser transparentes, mantienen su pleno rendimiento.

Este avance tiene varias áreas de aplicación:

-          PANTALLAS TRANSPARENTES, para suministrar información interactiva en tiempo real, por ejemplo para colocarlas en los parabrisas y así evitar mirar hacia abajo, al panel de instrumentos.

-          PANTALLAS FLEXIBLES que son utilizadas en el papel electrónico .

-          CÓDIGOS DE BARRAS ELECTRONICOS

-          TARJETAS DE CRÉDITO INTELIGENTES, que serían como las tarjetas de crédito habituales pero con un microprocesador que sustituye a la tira magnética, aumentando así la seguridad de los datos almacenados

Papel electrónico de EPSON

Fuentes y enlaces de interés

http://www.sciencecentric.com/news/article.php?q=08121713-researchers-print-dense-lattice-transparent-nanotube-transistors-on-flexible-base

http://www.elpais.com/articulo/futuro/nuevo/material/hacer/transistores/transparentes/elpepusocfut/20050105elpepifut_7/Tes

Por Carlos Javier Sacristán

Como ya sabemos la nanotecnología es un campo amplísimo del conocimiento, pero aparte de esto, también tiene aplicaciones que poco a poco van aumentando en número, como por ejemplo en el mundo textil. Mediante distintas técnicas podemos conseguir ropa que no se puede ensuciar, mojar o que es impermeable a agente víricos o bacterianos. Esto es debido a la existencia de nanopartículas que cambian las propiedades de los tejidos, dándoles distintas características. Tal es así, que investigadores de la UPC han desarrollado sistemas para que la ropa pueda albergar unas baterías que produzcan la energía necesaria para que la prenda usada se adapte a las condiciones ambientales. Sin embargo uno de los peligros de incorporar esta tecnología radica en la posible inhalación de sus componentes debido a su pequeño tamaño, por ello se están estudiando diferentes formas para la mejora de estos productos mediante una regulación y normativa que garantice la seguridad y de confianza. [1]

La empresa Nano-Tex es una empresa que esta investigando y consiguiendo importantes avances en este campo. Además investigadores de la Universidad de Libereca con el afán de conseguir una producción mayor y más barata de nanofibras, han conseguido desarrollar un mecanismo que obtiene un grupo de fibras de 1.5 metros de ancho y varios metros de largo de forma continuada. En este campo, la empresa Xennia Technology también ha estado investigando acerca de la producción masiva de nanofibras llegando a alcanzar ciclos veloces y alta precisión en sus producciones. [2-4]

Una nueva forma de producción de nanofibras de carbono, según unos investigadores de la Universidad de Pensilvania, se basa en las huellas dactilares. Están producidas mediante colas de contacto, cianoacrilato, obteniéndose unas fibras biocompatibles de un tamaño de entre 200 y 250 nm. Estas nanofibras se usarían en suturas líquidas, para el suministro de medicamentos y tratamientos experimentales del cáncer. Pero además permite la obtención de hojas planas, superficies rugosas o incluso esferas. [5-6]

Sin embargo, ya se han conseguido fibras mucho más pequeñas a las anteriores que servirán para mejorar las comunicaciones, productos médicos, equipos fotónicos, o sensores, entre otras muchas aplicaciones. Estas fibras, son en realidad fibras ópticas y su tamaño es de 50 nm, es decir son mucho más delgadas que la longitud de onda de la luz visible, modificando de esta forma los mecanismos de propagación de la onda através de la fibra ya que puede permanecer coherentes a lo largo de toda la fibra. Sus propiedades también son debidas a que son muy flexibles y se ha conseguido que posea una superficie muy lisa

Además de estos avances, investigadores de la Universidad de Berkeley en California han conseguido controlar la orientación y por extensión su estructura cristalina de unos nanocables, permitiendo la creación de de diodos con propiedades ajustables a las necesidades, ya sea para la emisión de luz o de láser.

REFERENCIAS:

[1] http://www.cienciaysociedad.info/nano/2008/07/tecnologia-para-fabricar-nanofibras-textiles/

[2] http://electronicosonline.com/noticias/notas.php?id=A5294_0_1_0_M

[3] http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/empresas_textiles.htm

[4] http://www.euroresidentes.com/Blogs/avances_tecnologicos/2004/09/nuevos-avances-en-la-produccin-de.htm

[5] http://www.euroresidentes.com/Blogs/avances_tecnologicos/2004/06/los-tejidos-inteligentes-la-ropa-del.htm

[6] http://krlitos-oyarce.blogspot.com/