TRABAJO DE INVESTIGACION Nº 1 ESTRUCTURA CRISTALINA HEXAGONAL COMPACTA En la estructura hexagonal compacta los átomos ocupan los vértices de un pris prisma ma hexa hexago gona nall regul egular ar,, los los cent centrros de las las base basess y los los cent centrros de los los triángulos alternos en que puede descomponerse la sección intermedia del prisma. Las longitudes axiales de esta estructura son la arista de la base, a, y la altura del prisma, c.
Figura 1. Estructura cristalina hexagonal compacta La estructura hexagonal compacta se construye a partir de la red de ravais denominada hexagonal simple, pero asociando a cada nudo de la red no un !nico átomo la estructura obtenida en ese caso no aprovechar"a bien el espacio 2
sino sino una una pare pare#a #a de átom átomos os,, situ situado adoss en las las posi posici cion ones es $ y $%& $%& siendo $ la posición de cualquier nudo de la red ().
3
1
,
3
,
1 2
'
Figura *. +ed hexagonal simple
Figura . ase atómica -eldilla unidad de la red hexagonal simple, y base atómica necesaria para construir la estructura hexagonal compacta. e esta estructura pueden destacarse las siguientes caracter"sticas/ - Átomos por !"#$""% 1
El n!mero total de átomos por celdilla es de 0/ 1
bases' % 1 &en la capa intermedia' %
6
∗12
2
∗2
&en el centro de las
&en los vértices del prisma'. $o
obstante, se plantea una duda, porque en la capa intermedia se cuentan seis porciones de átomos &y antes se cuentan sólo '. )e observa, no obstante, que sólo tres de dichas porciones tienen sus centros dentro de la celdilla2 los tres rest restant antes es lo tien tienen en en celd celdil illa lass cont contig igua uas. s. 3 se advi advier erte te,, ademá además, s, que que el volumen que les 4alta a las porciones atómicas que tienen su centro en el interior de la celdilla, es, precisamente, el que aportan las porciones que tienen su centro 4uera, y que, por lo tanto, son tres los átomos con que contribuye el plano intermedio. - N&m!ro #! Coor#$'%$('
El n!mero de coordinación de la estructura (- es 1*, como puede comprobarse 4ácilmente haciendo recuento del n!mero de vecinos del átomo del centro de una base. - D$r!$o'!s #! m%)or o'!'tr%$(' %t(m$%
Los átomos están en contacto a lo largo de las aristas de las bases del prisma &son direcciones direcciones de máxima compacidad', compacidad', por lo que a 5 * r. 6or otro lado, los tres átomos intermedios #unto con cada uno de los átomos del centro de las
bases, 4orman un tetraedro per4ectamente regular. 7 partir de ello, puede obtenerse la relación/
c5
2∗√ 6 3
a
∗
&1'
- *r%$(' #! Emp%+,!t%m$!'to
7l igual que ocurre en la ---. La 4racción de empaquetamiento resulta ser del 89:. Es también, por tanto, una estructura de máxima 4racción de empaquetamiento. - P"%'os #! m%)or o'!'tr%$(' %t(m$% omp%$#%#.
Los planos de máxima compacidad son los paralelos a las bases del prisma hexagonal. - I't!rst$$os
(ay un total de 0 intersticios octaédricos y 1* intersticios tetraédricos por celdilla. e#amos al lector el e#ercicio de identi;carlos.
Figura 9. +ed ()
Figura <. ase atómica
DE*ECTOS EN LAS ESTRUCTURAS CRISTALINAS Imp!r/!$o'!s !' "%s r!#!s r$st%"$'%s0 Las imper4ecciones se encuentran dentro de la =ona de ordenamiento de largo alcance &grano' y se clasi;can de la siguiente manera/
D!/!tos p,'t,%"!s &puntos de4ectuosos'/ e4ectos puntuales/ Los de4ectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o qui=á varios átomos. Estos de4ectos o imper4ecciones, pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los átomos al ganar energ"a por calentamiento2 durante el procesamiento del material2 mediante la introducción de impure=as2 o intencionalmente a través de las aleaciones. H,!os0 >n (ueco se produce cuando 4alta un átomo en un sitio normal. Las vacancias se crean en el cristal durante la solidi;cación a altas temperaturas o como consecuencia de da?os por radiación. 7 temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias, pero éstas se incrementan de manera exponencial con4orme se aumenta la temperatura. D!/!tos $'t!rst$$%"!s0 )e 4orma un de4ecto intersticial cuando se inserta un átomo adicional en una posición normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina. Los átomos intersticiales, aunque mucho más peque?os que los átomos locali=ados en los puntos de la red, aun as" son mayores que los sitios intersticiales que ocupan2 en consecuencia, la red circundante aparece comprimida y distorsionada. Los átomos intersticiales como el hidrógeno a menudo están presentes en 4orma de impure=as2 los átomos de carbono se agregan al hierro para producir acero. >na ve= dentro del material, el n!mero de átomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante, incluso al cambiar la temperatura. D!/!tos s,st$t,$o'%"!s0 )e crea un de4ecto sustitucional cuando se rempla=a un átomo por otro de un tipo distinto. El átomo sustitucional permanece en la posición original. -uando estos átomos son mayores que los normales de la red, los átomos circundantes se comprimen2 si son más peque?os, los átomos circundantes quedan en tensión. En cualquier caso, el
de4ecto sustitucional distorsiona la red circundante. @gualmente, se puede encontrar el de4ecto sustitucional como una impure=a o como un elemento aleante agregado deliberadamente y, una ve= introducido, el n!mero de de4ectos es relativamente independiente de la temperatura.
Import%'$% #! "os #!/!tos p,'t,%"!s0 Los de4ectos puntuales alteran el arreglo per4ecto de los átomos circundantes, distorsionando la red a lo largo de qui=ás cientos de espaciamientos atómicos, a partir del de4ecto. >na dislocación que se mueva a través de las cercan"as generales de un de4ecto puntual encuentra una red en la cual los átomos no están en sus posiciones de equilibrio. Esta alteración requiere que se aplique un es4uer=o más alto para obligar a que la dislocación ven=a al de4ecto, incrementándose as" la resistencia del material.
D!/!tos "$'!%"!s&dislocaciones'/ Las dislocaciones son imper4ecciones lineales en una red que de otra 4orma ser"a per4ecta. Aeneralmente se introducen en la red durante el proceso de solidi;cación del material o al de4ormarlo. 7unque en todos los materiales hay dislocaciones presentes, incluyendo los materiales cerámicos y los pol"meros, son de particular utilidad para explicar la de4ormación y el endurecimiento de los metales. 6odemos identi;car dos tipos de dislocaciones/ la dislocación de tornillo y la dislocación de borde. D$s"o%$(' #! tor'$""o/
La dislocación de tornillo se puede ilustrar haciendo un corte parcial a través de un cristal per4ecto, torciéndolo y despla=ando un lado del corte sobre el otro la distancia de un átomo.
Figura 0. islocación de tornillo D$s"o%$o'!s #! or#!0
>na dislocación de borde se puede ilustrar haciendo un corte parcial a través de un cristal per4ecto, separándolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de átomos adicional. El borde in4erior de este plano adicional representa la dislocación de borde.
Figura 8. islocación de borde
D$s"o%$o'!s m$2t%s0
Las dislocaciones mixtas tienen componentes tanto de borde como de tornillo, con una región de transición entre ambas. El vector de urgers, sin embargo, se conserva igual para todas las porciones de la dislocación mixta.
Figura B. islocación mixta/ la dislocación de tornillo en la cara 4rontal del cristal gradualmente se convierte en dislocación de borde en el costado del cristal
Import%'$% #! "%s #$s"o%$o'!s0 7unque en algunos materiales cerámicos y pol"meros puede ocurrir desli=amiento, el proceso de desli=amiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecánico de los metales. En primer término, el desli=amiento explica por qué la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metálico. )i
ocurre el desli=amiento, sólo es necesario que se rompa en alg!n momento una peque?a 4racción de todas las uniones metálicas a través de la inter4ace, por lo que la 4uer=a requerida para de4ormar el metal resulta peque?a. )egundo, el desli=amiento le da ductilidad a los metales. )i no hay dislocaciones presentes, una barra de hierro ser"a 4rágil2 los metales no podr"an ser con4ormados utili=ando los diversos procesos, que involucran la de4ormación para obtener 4ormas !tiles, como la 4or#a. En tercer lugar, controlamos las propiedades mecánicas de un metal o aleación al inter4erir el movimiento de las dislocaciones. >n obstáculo introducido en el cristal impedirá que en una dislocación se deslice, a menos que apliquemos mayor 4uer=a. )i es necesario aplicar una 4uer=a superior, entonces el metal resulta ser más resistente. Estos obstáculos pueden ser de4ectos puntuales o borde de grano. En cuarto lugar, se puede prevenir el desli=amiento de las dislocaciones achicando el tama?o de grano o introduciendo átomos de di4erente tama?o, que son las aleaciones. En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones. La densidad de dislocaciones, o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen, generalmente se utili=a para representar la cantidad de dislocaciones presentes. ensidades de dislocación de 1CD0 cmcm son t"picas en los metales más suaves, en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 1CD1* cmcm de4ormando el material.
D!/!tos p"%'%r!s0 &super;cies externas y l"mite de grano' D!/!tos #! s,p!r3$!0 Mo#!"o #! r$st%"$4%$(' !' "% so"$#$3%$(' #! m!t%"!s
La estructura ;nal resultante está constituida por un agrupamiento de granos o cristales de 4orma irregular, pero guardando cada uno una orientación ;#a y bien determinada.
Figura G. iagrama de solidi;cación de materiales puros. H s es la temperatura de 4usión Los de4ectos de super;cie son las 4ronteras o planos que separan un material en regiones de la misma estructura cristalina, pero con orientaciones cristalográ;cas distintas, y la super;cie externa de un material. En las super;cies externas del material la red termina de manera abrupta. -ada átomo de la super;cie ya no tiene el mismo n!mero de coordinación y se altera el enlace atómico. 7simismo, la super;cie puede ser muy áspera, contener peque?as muescas y qui=á ser mucho más reactiva que el interior del material. En l"quidos, los átomos en la super;cie tienen mayor energ"a porque no tienen todos sus átomos vecinos. Esto hace que al tratar de minimi=ar la energ"a se tiende a reducir el n!mero de átomos en esta condición, por lo tanto, tienden a reducir la super;cie respecto al volumen, esto geométricamente corresponde a una es4era.
Cr$st%"$4%$(' El crecimiento de los cristales que se inicia en los centros o n!cleos de cristali=ación en el metal l"quido, no puede ser uni4orme a causa de los di4erentes 4actores de la composición del metal, la velocidad de en4riamiento y las inter4erencias que se producen entre ellos mismos durante el proceso de crecimiento.
L5m$t!s #! 6r%'o0 La microestructura de la mayor parte de los materiales está 4ormada por muchos granos. >n grano es una porción del material dentro del cual el arreglo atómico es idéntico. )in embargo, la orientación del arreglo atómico, o de la estructura cristalina, es distinta para cada grano. En la ;gura se muestran de manera esquemática tres granos2 la red de cada uno de ellos es idéntica, pero están orientados de manera distinta. La 4rontera de grano, que es la super;cie que separa los granos, es una =ona estrecha en la cual los átomos no están correctamente espaciados. Esto quiere decir que, en algunos sitios, los átomos están tan cerca unos de otros en la 4rontera de grano que crean una región de compresión y en otras áreas están tan ale#ados que crean una región de tensión.
Figura 1C. Los átomos cerca de las 4ronteras de los tres granos no tienen un espaciamiento o arreglo de equilibrio. >n método para controlar las propiedades de un material es controlando el tama?o de los granos. +educiendo el tama?o de éstos se incrementa su n!mero y, por tanto, aumenta la cantidad de 4ronteras de grano. -ualquier dislocación se moverá solamente una distancia corta antes de encontrar una 4rontera de grano, incrementando as" la resistencia del metal. )e puede relacionar el tama?o de grano con la tensión de Iuencia del material. Los l"mites de grano tienen una inIuencia importante sobre las propiedades del metal, su n!mero y tama?o esta en 4unción de la tasa de nucleación y los "ndices de crecimiento de este. >na ve= que el metal se ha solidi;cado, se puede modi;car el tama?o y numero de granos, ya sea por de4ormación o tratamiento térmico, lo cual permitirá que sus propiedades mecánicas var"en considerablemente, la siguiente ecuación muestra su inIuencia en el es4uer=o de cadencia/
β =k 1 +
onde/ J/ Es4uer=o de -adencia K1 y */ -onstantes del Material / Hama?o del Arano
E'/r$%m$!'tos0 D! "os m!t%"!s p,ros 0
k 2 −2
D
&*'
Los metales puros y los Eutécticos, solidi;can a temperatura constante, la solidi;cación se inicia cuando el metal liquido se en4r"a hasta su punto de solidi;cación, luego la temperatura se mantiene uni4orme hasta que la solidi;cación concluye, mientras esta trans4ormación ocurre el calor latente de solidi;cación que desprende el metal, mantiene la temperatura constante. )i este se en4riase en completa uni4ormidad y estuviese exento de impure=as de cualquier "ndole, podr"a generarse una cristali=ación a partir de cristales al a=ar dentro del l"quido&$ucleación'.
Figura 11. -urva de en4riamiento de un metal puro
D! %"!%$o'!s0 )e necesitan dos condiciones para el crecimiento del sólido primero, que el crecimiento requiere que el calor latente de 4usión, que se disipa durante la solidi;cación del l"quido, sea eliminado de la inter4ace sólido l"quido. )egundo, y a di4erencia de los metales puros, debe ocurrir la di4usión tal de manera que durante el en4riamiento las composiciones de las 4ases sólida y l"quida sigan las curvas de sólidos y de l"quidos. El calor latente de 4usión es eliminado a lo largo de un rango de temperaturas, y as" a curva de en4riamiento muestra un cambio en pendiente, en ve= de una meseta plana. 6ara poder conseguir esta estructura ;nal en equilibrio, la velocidad de en4riamiento debe ser extremadamente lenta. ebe permitirse el tiempo su;ciente para que los átomos de primero y el segundo se di4undan y produ=can las composiciones equilibradas. En la mayor parte de las situaciones prácticas, la velocidad de en4riamiento es demasiado rápida para permitir este equilibrio.
Figura 1*. -urva de en4riamiento en una aleación de materiales
Po"$/orm$smo ) A"otrop5%0 Elementos y compuestos que tienen di4erentes estructuras cristalinas en distintos rangos o condiciones de temperatura y presión, esto se debe a un cambio en el tipo de cristal que 4orman los átomos. -aso (@E++N &tratamiento térmico'. Este material cambia su arreglo atómico entre --a- a --- y su n!mero de coordinación cambia de 1* y B. Esto ocurre a G1C O-. )u temperatura de 4usión es a 1
NUMERO DE COORDINACION EN ESTRUCTURAS ATOMICAS El n!mero de coordinación de estructuras atómicas es el n!mero de átomos que están en contacto con un átomo en particular del material. El n!mero de coordinación puede interpretarse como el n!mero de vecinos próximos que tiene cada átomo del material. 6or e#emplo, para la estructura cubica centrada en el cuerpo &--', el átomo ubicado en el centro del cubo está en contacto con los ocho átomos de los vértices. El n!mero de coordinación para esta estructura es de B.
Figura 1. $umero de coordinación para una estructura cubica centrada en el cuerpo
NANOMATERIALES
N%'ot!'o"o65%7 La nanotecnolog"a traba#a en procesos cient";cos sobre tama?os de un nanómetro, o lo que es lo mismo, en tama?os mil veces más peque?os que un cabello humano, lo que le permite traba#ar con átomos, moléculas y células. La nanotecnolog"a se inserta directamente en el campo del dise?o, lo que quiere decir, que con4orman y sinteti=an materiales a través del control de la materia a nanoescala para construir nanopart"culas que tengan di4erentes utilidades a las de la materia original. La nanotecnolog"a aprovecha los nuevos 4enómenos 4"sicos relacionados con los e4ectos cuánticos que se presentan a esa escala de manipulación de la materia. La nanotecnolog"a es una nueva tecnolog"a convergente, lo que quiere decir que puede ser relacionada con otros tipos de conocimientos, lo que estimula a que aumente la potencialidad de sus aplicaciones. Las propiedades electrónicas, magnéticas, ópticas o mecánicas de las nanopart"culas son muy sensibles a su tama?o y se pueden modi;car variando la 4orma y dimensiones del compuesto. 6or este motivo las nanopart"culas resultan muy atractivas para 4abricar dispositivos electrónicos y están destinados a tener un papel estelar en las nuevas tecnolog"as del siglo PP@.
N%'o$!'$%7 La nanociencia es distinta a las otras ciencias porque aquellas propiedades que no se pueden ver a escala macroscópica adquieren importancia, como por e#emplo propiedades de mecánica cuántica y termodinámicas. En ve= de estudiar materiales en su con#unto, los cient";cos investigan con átomos y moléculas individuales. 7l aprender más sobre las propiedades de una molécula, es posible unirlas de 4orma muy bien de;nida para crear nuevos materiales con nuevas e incre"bles caracter"sticas. 7hora bien, con el concepto anterior claro podemos de;nir que las nanociencias se en4ocan en el estudio de las propiedades de los átomos y moléculas, tanto propiedades 4"sicas, biológicas y qu"micas de las nanoparticulas, además de la 4orma de producirlos y la manera de ensamblarlos con el ;n de poder crear los nanoob#etos.
I#!'t$3%$(' #! '%'om%t!r$%"!s7 8
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M%t!r$%"!s N%'o!str,t,r%#os
>na 4racción de material com!nmente posee en su interior moléculas organi=adas en granos de dimensiones por lo general de micrómetros y mil"metros de diámetro, estos granos están constituidos habitualmente con poblaciones de miles de millones de átomos. >na misma 4racción de material nanoestructurado, posee poblaciones granulares in4eriores a un par de miles de átomos y en donde los granos moleculares alcan=an un tama?o máximo de 1CC nanómetros de diámetro. Entonces, los materiales nanoestructurados poseen el C.CC1 por ciento de átomos en comparación con un material com!n de igual volumen, además los granos nanoestructurados son entre mil y cien veces más peque?os que los del material original. Hodo esto conlleva a una mayor ligere=a de peso y ahorro de materia, además de las nuevas caracter"sticas que adquieren y que potencian enormemente el material.
Ap"$%$o'!s
-erámicas nanoestructuradas, imanes permanentes de alta temperatura para motores de aviones2 materiales 4erromagnéticos, almacenamiento de in4ormación, re4rigeración2 catali=adores basados en hidrógeno2 materiales para almacenamiento de hidrógeno2 sensores y actuadores.
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N%'op%rt5,"%s ) N%'opo"9os
Las $anopart"culas tienen unidades más grandes que las de los átomos y las moléculas, cuando menos una dimensión menos de los 1CCnm, obviamente estas nanoparticulas son creadas arti;cialmente en los laboratorios. 7demás otra de sus particularidades es que poseen caracter"sticas propias, es decir que no obedecen a la qu"mica cuántica, ni a las leyes de la 4"sica clásica. En la actualidad el estudio de las nanopart"culas es un área de intensa investigación cient";ca, debido a una extensa variedad de potenciales aplicaciones. Entre los campos más prometedores están los campos biomédicos, electrónicos y ópticos. 7unque por lo general las nanoparticulas
están sirviendo para el per4eccionamiento e innovación de materiales ya existentes, existen también en el campo de la biomedicina nanoparticulas que han demostrado ser capaces de eliminar tumores y además de que éstas son biodegradables y orgánicas.
Figura 19. $anoparticulas
Ap"$%$o'!s7
En la iomedicina, sirve para la liberación de 4ármacos, tratamientos contra el cáncer. En la @ngenier"a como sensores qu"micos, vidrios autolimpiables, tintas magnéticas y conductoras. 6ara el tratamiento de aguas con procesos 4otocatal"ticos, sirve para recubrimientos textiles repelentes de agua y suciedad. En el área de la electrónica para crear memorias de alta densidad, pantallas con dispositivos de emisión basados en óxidos conductores.
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N%'o:ps,"%s
La mayor aplicación de las nanocápsulas está sin duda en el campo de la medicina, ya sea para combatir en4ermedades o ayudar con la liberación de 4ármacos en puntos espec";cos dentro del cuerpo humano. 7demás el desarrollo de las nanocápsulas se en4oca en intervenir las mismas para que se acumulen en un punto deseado, la principal v"a para lograr este ob#etivo es posiblemente modi;car las propiedades 4"sicoqu"micas de las nanocápsulas. La investigación acerca de las nanocápsulas aspira solucionar los problemas que aparecen, como son los e4ectos secundarios de los 4ármacos además de complicaciones en el tratamiento de la en4ermedad.
Figura 1<. $anocapsulas
Ap"$%$o'!s
Liberación de 4ármacos, industria de la alimentación, cosméticos, tratamiento de aguas residuales, componentes de adhesivos, aditivos aromáticos en te#idos, Iuidos magnéticos.
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N%'ot,os #! C%ro'o
Hal ve= uno de los nanomateriales más interesantes y con mayor potencial de aplicación sean los nanotubos. )on estructuras cil"ndricas con diámetro nanométrico. 7unque pueden ser de distinto material, los más conocidos son los de silicio, pero principalmente, los de carbono ya que unas de las principales caracter"sticas de este !ltimo son su gran conductividad, y sus propiedades térmicas y mecánicas. Existen di4erentes tipos de estructuras para 4ormar un nanotubo, siendo la estructura, la inIuencia principal que decida las caracter"sticas ;nales como lo son las eléctrica, térmicas o mecánicas del nanotubo. ebido a la importancia de los nanotubos, aqu" se presenta brevemente su historia2 en 1GG1 )umio @i#ima, descubrió los nanotubos que desde ah" han revolucionado la nanociencia. Ql encontró un cilindro hueco que se hab"a 4ormado en la punta de un electrodo de gra;to, ten"a un diámetro de unos pocos nanómetros y una longitud de unas cuantas micras. Estaba hecha de carbono puro, hab"a descubierto los nanotubos de carbono. esde su descubrimiento hasta la actualidad, las aplicaciones reales y potenciales de los nanotubos van creciendo de 4orma impresionante. En su con#unto el material constituido es un per4ecto semiconductor por lo que es posible que los nanotubos de carbono desempe?en el mismo papel que reali=o el silicio en los circuitos electrónicos en su debido momento, pero ahora a escala molecular, donde los demás semiconductores de#an de 4uncionar.
Estas caracter"sticas auguran que los nanotubos representan el 4uturo de los dispositivos en la electrónica debido a su alta velocidad de 4uncionamiento y además de otros usos relacionados que se les pueden dar. e momento, con los nanotubos de carbono ya se han 4abricado componentes básicos de los ordenadores, siendo el próximo paso, construir circuitos electrónicos y siendo optimistas en pocos a?os 4abricar ordenadores basados en nanotecnolog"a.
Figura 10. $anotubos de carbono
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Prop$!#%#!s #! "os '%'ot,os #! C%ro'o
Prop$!#%#!s !";tr$%s
7l tener en cuenta la comple#idad electrónica de los nanotubos, además de las reglas cuánticas que rigen la conductividad, la conducción en los nanotubos de carbono se trans4orma a un tipo de conducción cuántica, en ocasiones los nanotubos incluso pueden presentar superconductividad. $ormalmente en un dispositivo com!n si se representa volta#e 4rente a intensidad de corriente se obtiene una l"nea recta, o sea, R5@+, cosa di4erente sucede con los nanotubos de carbono y la conducción cuántica que muestra no es directamente proporcional, sino que ahora su grá;ca presenta una l"nea escalonada ya que la conductividad de los nanotubos es órdenes de magnitud mayor que la de los materiales actualmente usados &respecto al cobre que es el material mas usado'. )u conductividad depende de relaciones geométricas, o sea, del n!mero de capas, su torsión o diámetro. Ntro aspecto importante a resaltar es que estos valores además de la resistencia del nanotubo no dependen de su longitud, a di4erencia de lo que ocurre con los cables normales en donde su resistencia es directamente proporcional a su longitud. 6ropiedades mecánicas
7ctualmente es la ;bra más resistente que se puede 4abricar, esta capacidad se debe a la estabilidad y robuste= de los enlaces entre los átomos de carbono. 7hora bien, al hablar de de4ormación también este nanomaterial posee grandes venta#as ya que 4rente a es4uer=os de de4ormación muy intensos son capaces de hacerlo enormemente y de mantenerse en un régimen elástico. Esta !ltima caracter"stica también se puede me#orar al hacer que varios tubos se unan como una cuerda, de este modo al romperse un nanotubo, la 4ractura no se propagar"a a los demás nanotubos ya que son independientes. En general, ante peque?os es4uer=os los nanotubos pueden 4uncionar como resortes extremadamente ;rmes o pueden de4ormarse drásticamente y volver posteriormente a su 4orma original 4rente a cargas mayores. En general es com!n aceptar que los nanotubos son 1CC veces más resistentes que el acero, y 0 veces más ligeros. 6ropiedades térmicas )on enormemente estables térmicamente, tanto para valores en el vac"o como para mediciones en el aire, estas mediciones están re4erenciadas a valores estándar utili=ados para la medición de materiales de cualquier tipo. 7demás, las propiedades de los nanotubos pueden modi;carse atrapando metales o inclusive gases en su interior.
Ap"$%$o'!s
6ol"meros conductores, cerámicas altamente tenaces, apantallamientos electromagnéticos, componentes para membranas y células solares, nano osciladores en orden de giga(ert=, puntas nanoscópicas, m!sculos arti;ciales.
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M%t!r$%"!s N%'oporosos
Los materiales nanoporosos vendr"an a ser como espon#as, pero con poros nanométricos, materiales en donde los poros ocupan una gran 4racción de su volumen total y presentan una signi;cativa cantidad de super;cie por gramo. >n material tan poroso en un área lo tan peque?a posible sirve para, por un lado, porque muchas reacciones ocurren más rápido sobre determinadas super;cies, y por otro, porque podemos rellenar los poros con lo que queramos/ pol"meros, metales o di4erentes tipos de moléculas lo que lleva a descubrir peculiares comportamientos del material. Esta posibilidad de combinación de materiales abre las puertas a una variedad asombrosa de aplicaciones.
Figura 18. Materiales $anoporosos
Ap"$%$o'!s
-atali=adores para reducir la emisión de contaminantes, aislantes, en aplicaciones medioambientales como puri;cación de aguas, eliminación de contaminantes, atrapadas y eliminación de metales pesados, células solares orgánicas, supercondensadores para almacenar energ"a, almacenamiento de gases.
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N%'o3r%s
>na nano;bra es una ;bra con diámetro menor a na 4orma de aprovechar esta resistencia es orientar estos planos de 4orma que las direcciones de máximo es4uer=o estén contenidas en ellos. asta imaginar unas mil ho#as y tirar en la dirección paralela a las ho#as en ve= de hacerlo en dirección perpendicular. 7rrollando estas ho#as, como si 4ueran las de un cigarro puro, se pueden obtener ;bras de carbono muy resistentes. esde hace tiempo se han venido produciendo ;bras de carbono con este material, la cuales se utili=an para 4abricar implementos deportivos como palos de gol4, ca?as de pescar, para elaborar ciertas partes de bólidos de 4órmula uno o incluso para di4erentes partes aviones de combate. Ntra aplicación es la de protección contra bacterias, los agentes que componen la nano;bra absorben los elementos da?inos desconocidos y los descomponen por medios qu"micos, pero el problema radica en que se hace di4"cil desechar los agentes tóxicos producidos.
Figura 1B. $ano;bras
Ap"$%$o'!s7
Filtros, te#idos, cosméticos, esterili=ación, separaciones biológicas, ingenier"a de te#idos, biosensores, órganos arti;ciales, implantes, liberación controlada de 4ármacos. 6uri;car el agua obteniendo la energ"a para hacerlo por medio de la lu= del sol.
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N%'o<$"os
>n nanohilo es un cable con un diámetro del orden de un nanómetro. Los nanohilos pueden ser de;nidos como estructuras que tienen un tama?o lateral restringido a die= o menos nanómetros por lo general, aunque cient";cos turcos en la >niversidad ilKent de 7nKara están logrando crear nanohilos de 1< nanómetros de diámetro y de una longitud libre. Los nanohilos debido a su relación longitudSancho han sido considerados como materiales unidimensionales, por lo que presentan llamativas propiedades que no se han visto en materiales de dimensiones, ya que en estos nanohilos no se producen e4ectos 4"sicos cuánticos en los bordes. 6or ello también se los llama hilos cuánticos. Existen varios tipos de nanohilos, hilos metálicos semiconductores y aisladores, estos dependen del elemento con que se los produ=ca que puede variar desde
el n"quel a oro, platino, titanio o silicio... Los electrones, que transmiten la corriente, necesitan cierta cantidad de átomos #untos para transmitirse de 4orma Iuida2 cuando la anchura de su TcarreteraT es menor, su movimiento se ve obstaculi=ado por los átomos del borde del material y se ralenti=a. Esto lleva a pensar que se obtendrán grandes velocidades de transmisión.
Figura 1G. $anohilos
Ap"$%$o'!s
Hiene gran potencial para ser aplicados en electrónica, dispositivos optoelectrónicos, as" como a dispositivos nanoenectromecanicos.
BIBLIOGRA*IA7 8 • •
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