Lina Marcela Reyes Solis – Curso de Nanotecnología y Aplicaciones Aplicaciones
Talle Actividad de Aprendizaje 3 I. Investigación Investigación a. Escoja uno de los siguientes 3 términos: • • •
Celda fotovoltaica Nanocápsula de oro Autoensamblaje
b. Realice una pequeña investigación del término escogido y su relación con las aplicaciones de la nanotecnología.
na c!lula fotoel!ctrica" tambi!n llamada celda" fotoc!lula o c!lula fotovoltaica" es un dispositivo electr#nico $ue permite transformar la energía lumínica %fotones % fotones&& en energía el!ctrica % flujo de electrones libres& libres & mediante el efecto fotoel!ctrico" fotoel!ctrico " generando energía solar fotovoltaica'' Compuesto de un material $ue presenta efecto fotoel!ctrico( absorben fotones de lu) y emiten electrones' Cuando estos fotovoltaica electrones libres son capturados" el resultado es una corriente el!ctrica $ue puede ser utili)ada como electricidad' Los nuevos avances en el campo de la nanotecnología están relacionados con el sector de la energía solar" concretamente aplican en el campo de las celdas fotovoltaicas' A partir de la energía solar" y gracias a estas celdas se puede generar electricidad' *l problema es $ue los paneles $ue aprovec+an el efecto fotoel!ctrico +asta a+ora estaban +ec+os de planc+as de silicio bastante gruesas" lo $ue las +ace muy caras' ,ara reducir esos costes lo $ue se +ará será reempla)ar esos paneles por unos nuevos fabricados con una grilla de nanopartículas metálicas' *stas nanopartículas se generan gracias a un recubrimiento metálico colocado sobre una fina lámina de silicio' Al dar sobre ellas la lu)" las resonancias electromagn!ticas electromagn!ticas de la superficie de la red de nanopartículas se e-citan" lo $ue permite $ue estas se acoplen al silicio y aumente así la eficacia de las celdas' +ttps(..es'/i0ipedia'org./i0i.C1C21A3lula4fotoel1C21A3ctrica +ttps(..///'renovablesverdes'com.nanotec +ttps(..///'renovablesverdes'com.nanotecnologia5para5la5energia nologia5para5la5energia5solar. 5solar. c. Escriba un inorme de mínimo !"# palabras$ en el cual muestre los resultados de su investigación. %uede utili&ar im'genes$ videos$ o
cual$uier recurso $ue pueda enri$uecer su escrito' 6nicialmente" es indispensable entender por $u! es i mportante la b7s$ueda de una fuente de energía diferente a la tradicional $ue implica tala de árboles" $uema de combustibles" e-plotaci#n de minas de carb#n" de yacimientos de petr#leo" etc'" como lo es la energía renovable y $ue estudio se +an reali)ado $ue abre puertas a un nuevo conocimiento' A su ve) como interviene la nanotecnología en este proceso' %8er %8er video&
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+ttps(..///'youtube'com./atc+9v:;5265R<,6p=
A su ve)" la constante b7s$ueda de +erramientas y nuevos avances son importantes para el aprovec+amiento eficiente de la energía solar' Recientemente" los investigadores en nanotecnología +an estado interesados desde +ace muc+o tiempo en cubrir las necesidades de parte del mercado mundial de catali)adores con materiales fot#nicos eficientes energ!ticamente" materiales metálicos $ue son fabricados con precisi#n at#mica para obtener la energía de la lu) solar con la mayor eficiencia posible' >esafortunadamente" los mejores nanomateriales para recolectar lu) %oro" plata y aluminio& no son catali)adores demasiado buenos" y los mejores %paladio" platino y rodio& son muy pobres a la +ora de capturar energía solar' n nuevo catali)ador es la más reciente innovaci#n del Laboratorio de Nanofot#nica de la niversidad Rice en *stados nidos y aspira a ocupar ese puesto de dispositivo efica) en ambas actividades" al ser una nanoantena captadora de lu) y al mismo tiempo un catali)ador de alto rendimiento para algunas operaciones esenciales en varios sectores $uímicos' (na partícula del nuevo y poliacético catali&ador )arriba a la i&quierda*$ junto con mapas espectroscópicos que ilustran la distribución espacial de estructuras responsables de capturar energía lumínica y de transerirla a las partículas catali&adora s. )Imagen: +. ,-earerRice (niversity*
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Los
potenciales a+orros energ!ticos y la eficiencia mejorada de los nuevos catali)adores probablemente les serán 7tiles a muc+os fabricantes del sector $uímico" incluso aun$ue sus fábricas no est!n actualmente dise?adas para usar catali)adores solares' +ttp(..noticiasdelaciencia'com.not.@=B2.nanoantena5captadora5de5lu)5
y5al5mismo5tiempo5catali)ador5de5alto5rendimiento. II. Instrumentos usados para la caracteri&ación de materiales a nanoescala: +iligencie el siguiente cuadro cuidadosamente: Instrumento T.E.M
Significado
Resolución
Funcionamiento
Ventajas
Desventajas
Microscopio *lectr#nico de ransmisi#n %TEM"
@ a D
*l microscopio electr#nico de transmisi#n %*M& es un instrumento $ue aprovec+a los fen#menos físico5at#micos $ue se producen cuando un +a) de electrones suficientemente acelerado colisiona con una muestra delgada convenientemente preparada' Cuando los electrones colisionan con la muestra" en funci#n de su grosor y del tipo de átomos $ue la forman" parte de ellos son dispersados selectivamente" es decir" +ay una gradaci#n entre los electrones $ue la atraviesan directamente y los $ue son totalmente desviados' odos ellos son conducidos y modulados por unas lentes para formar una imagen final sobre una CC> $ue puede tener miles de aumentos con una definici#n inalcan)able para cual$uier otro instrumento' La informaci#n
Aun cuando este proceso de investigaci#n es costoso" proporciona resultados muy precisos de amplia resoluci#n y magnificaci#n' tili)a electrones en lugar de fotones o lu) visible para formar imágenes de objetos diminutos' Alcan)a una capacidad de aumento muy superior a los microscopios convencionales' Su funcionamiento es semejante a un monitor monocromático'
Los elevados costos de los e$uipos y reactivos" y la debida infraestructura para el buen funcionamiento +acen $ue esta t!cnica" sea de investigadores privilegiados' La t!cnica de preparaci#n de las muestras cumple con protocolos establecidos" pero son vulnerables y variados al tipo de investigaci#n $ue se realice" contando más con la e-periencia del investigador' La complejidad de los e$uipos" lo
/ransmition Electron 0icroscope&
Imagen
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$ue se obtiene es una imagen con distintas intensidades de gris $ue se corresponden al grado de dispersi#n de los electrones incidentes' +ttp(..///'upv'es.entidades.S M*.info.E22@3normalc'+tml
S.E.M
Microscopio *lectr#nico de Farrido %SEM" ,canning Electron 0icroscope&
='G y @= nm
*n el S*M un +a) de Hacilidad de electrones" la sonda del manejo' microscopio" es generado por *levada resoluci#n' un filamento incandescente' Amplia Los electrones emitidos son profundidad de acelerados por una rejilla campo' cercana polari)ada ,osibilidad de positivamente' *ste +a) de combinar electrones" en su viaje a trav!s microscopia con del vacío" tiende a separarse análisis debido a las fuer)as de espectrosc#pico' repulsi#n electrostáticas $ue act7an entre ellos' n campo el!ctrico" generado por unas placas" se encarga de focali)ar el +a) y condensarlo' ,or 7ltimo" en su camino +acia la muestra" el +a) es deflectado +acia un punto mediante bobinas electromagn!ticas" de manera $ue estas permiten reali)ar un barrido e la )ona $ue se re$uiere estudiar' +ttp(..///'icmm'csic'es.grupo s./p5 content.uploads.@
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+acen susceptibles a la descalibraci#n'
Las muestras deben ser metálicas o recubiertas de oro' ,osible da?o en el material' Necesita vacío' Alto costo'
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capB3'pdf
A.F.M
Microscopio de Huer)a Atomica %AFM" 1tomic 2orce 0icroscopy&
IB nm
*n el microscopio de fuer)a at#mica %AHM&" una punta afilada situada en el e-tremo de una palanca fle-ible recorre la superficie de una muestra manteniendo constante una pe$ue?a fuer)a de interacci#n' *l movimiento de barrido lo reali)a un escaner pie)o5 el!ctrico" y la interacci#n punta.muestra se monitori)a reflejando un láser en la parte trasera de la palanca" $ue se recoge en un detector fotodiodo' *l fotodiodo está dividido en G segmentos" y las diferencias de voltaje entre los distintos segmentos %generalmente los @ superiores respecto de los @ inferiores& determinan con precisi#n los cambios en la inclinaci#n o amplitud de oscilaci#n de la punta' +ttp(..///'upv'es.entidades.S
Amplia gama de muestras a anali)ar' Se pueden reali)ar medidas de elasticidad' Se pueden reali)ar medidas in situ en una celda lí$uida o en la celda electro$uímica Las resoluciones verticales y +ori)ontales son muy elevadas
La punta está en contacto con la superficie' ,roblemas de destrucci#n de la punta o modificaci#n de la superficie' Arrastre de partículas' Las capas de agua absorbida generan problemas de importantes fuer)as de capilaridad Carga electrostáticas de superficie
Lina Marcela Reyes Solis – Curso de Nanotecnología y Aplicaciones M*.info.E222Enormalc'+tml
uego$ realice una comparación entre cada uno de los instrumentos nombrando sus principales similitudes y dierencias. Similitudes
Diferencias
*M y S*M poseen resoluci#n at#mica" proporcionan imágenes en @> de forma directa y son microscopios electr#nicos'
*l AHM da verdaderas imágenes en 2> mientras $ue el S*M s#lo nos proporciona imágenes en @> %aun$ue pueden obtenerse imágenes en 2> tambi!n" pero no de forma directa&' ,or otra parte mientras $ue el S*M necesita condiciones especiales para su funcionamiento %como +abitaciones con vacío&" el AHM puede funcionar en condiciones ambiente y sin ning7n tratamiento previo sobre las muestras" lo cual +ace posible el estudio de organismos vivos' *l AHM tiene además una mayor resoluci#n'
III. 4(n niño y su 'tomo5. E6plore a través del siguiente enlace: 7ttp:---.youtube.com-atc78v9drrt;a<1 la película m's pequeña del mundo 7ec7a en el año =#!3 por investigadores del I>0. uego investigue y anote en su documento de te6to: a. ?@uiénes ueron los cientíicos que crearon la película8
C+ristop+er Lut) %Researc+ Scientis&" Susanne Faumann %,J'> Student&" 6leana Rau %,ost >octoral Researc+er&" Andreas Jeinric+ %,rincipal 6nvestigator& b. ?Aómo ue 7ec7a la película8
,ara +acer la película" se movieron los átomos con un microscopio de efecto t7nel de barrido inventado por 6FM' K*sta +erramienta" $ue recibi# un ,remio Nobel" fue el primer dispositivo $ue permiti# a los científicos visuali)ar el mundo al nivel del átomo individual" e-plic# C+ristop+er Lut)" Científico 6nvestigador de 6FM Researc+' K,esa dos toneladas" fun ciona a una temperatura de @; grados centígrados negativos y magnifica la imagen de la superficie at#mica más de B== millones de veces' La capacidad de controlar la temperatura" presi#n y vibraciones a niveles e-actos +ace $ue nuestro laboratorio de 6FM Researc+ sea uno de los pocos lugares del mundo en el $ue los átomos pueden ser movili)ados con tanta precisi#n' Mediante la operaci#n remota desde una computadora estándar" los investigadores de 6FM utili)aron el microscopio para controlar una aguja ultrafina sobre una superficie de cobre para Ksentir los átomos' A tan s#lo un nan#metro de la superficie" $ue es de mil millon!simas de metro en distancia" la aguja puede atraer físicamente átomos y mol!culas de la superficie y llevarlos a una ubicaci#n especificada con
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precisi#n sobre la superficie' *l átomo en movimiento produce un sonido singular" $ue constituye la se?al crítica $ue permite identificar cuántas posiciones realmente se +a movido' >urante la creaci#n de la película" los científicos renderi)aron imágenes en planos fijos de los átomos individualmente colocados' *l resultado fue @G@ cuadros individuales' +ttps(..///'ibm'com.developer/or0s.community.blogs.insider.entry.ibm4researc+4aboyand+isatom9lang:en c. ?@ué características$ aplicaciones y usos tiene el microscopio utili&ado para reali&ar la película8
*n B3;B" erd Finnig y Jeinric+ Ro+rer %en el laboratorio de 6FM
PS& de la muestra' La informaci#n es ad$uirida monitoreando la corriente conforme la posici#n de la punta escanea a trav!s de la superficie" y es usualmente desplegada en forma de imagen' La microscopía de efecto t7nel re$uiere superficies limpias y estables" puntas ultra delgadas %punta de tungsteno o platino5iridio" y oro&" e-celente control de vibraciones" y electr#nica sofisticada' *l SM +a sido utili)ado en las áreas de investigaci#n científica" acad!micas" te#ricas" en el desarrollo de la Nanotecnología" en diferentes industrias" así como en áreas como la Microelectr#nica" Nanolitografía" capas ultradelgadas'
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Además de aplicaciones en la física de semiconductores" en $uímica reacciones superficiales como la catálisis" en medicina y biología a sido usado para estudios de A>N" además en avances sobre los estudios d e la Nanoingeniería' +ttps(..nanocienciainforma'/ordpress'com.microscopio5de5efecto5tunel5scanning5tunneling5microscope5stm. d. ?Au'l es la relación de la memoria atómica y el almacenamiento de datos con la película8
*l desarrollo de la película más pe$ue?a del mundo no es un terreno totalmente nuevo para 6FM' >urante d!cadas" los científicos de 6FM Researc+ +an estudiado materiales a nanoescala para e-plorar los límites del almacenamiento de datos" entre otras cosas' A medida $ue los circuitos de computaci#n siguen ac+icándose +acia dimensiones at#micas –tal como lo +an +ec+o durante d!cadas" seg7n la Ley de Moore – los dise?adores de c+ips se enfrentan con limitaciones físicas para el uso de las t!cnicas tradicionales' La e-ploraci#n de m!todos no convencionales de magnetismo y las propiedades de los átomos en superficies bien controladas permite a los científicos de 6FM identificar caminos totalmente novedosos para la computaci#n' tili)ando el objeto más pe$ue?o disponible para la ingeniería de dispositivos de almacenamiento de datos – los átomos individuales – el mismo e$uipo de investigadores de 6FM $ue desarroll# esta película tambi!n cre# recientemente el bit magn!tico más pe$ue?o del mundo' Hueron los primeros en responder a la pregunta de cuántos átomos se necesitan para almacenar en forma confiable un bit de informaci#n magn!tica( B@' *n comparaci#n" se necesitan apro-imadamente B mill#n de átomos para almacenar un bit de datos en una computadora o dispositivo electr#nico moderno' Si fuera comerciali)ada" esta memoria at#mica alg7n día podría llegar a almacenar todas las películas $ue se +icieron en la +istoria del cine" en un dispositivo del tama?o de una u?a' KLa investigaci#n implica formular interrogantes $ue van más allá de lo $ue se necesita para encontrar buenas soluciones de ingeniería de corto pla)o a los problemas' Conforme la creaci#n y el consumo de datos crecen" el almacenamiento de datos debe +acerse más pe$ue?o" +asta llegar al nivel del átomo" continu# Jeinric+' K*n esta película" estamos aplicando las mismas t!cnicas utili)adas para desarrollar nuevas ar$uitecturas de c#mputo y formas alternativas de almacenar datos' +ttps(..///'ibm'com.developer/or0s.community.blogs.insider.entry.ibm4researc+4aboyand+isatom9lang:en