CapÃtulo 2 : Nanotecnología
La utilización de escalas atómicas, moleculares y supramoleculares de la materia para aplicaciones industriales es el enfoque del campo de la nanotecnología, que con frecuencia se abrevia como nanotecnología. El término "nanotecnología molecular" se refiere al objetivo científico específico de manipular con precisión átomos y moléculas para la creación de objetos a macroescala. La primera y más común descripción de "nanotecnología" se refería a este objetivo tecnológico en particular. Después de un tiempo, la Iniciativa Nacional de Nanotecnología elaboró una definición de nanotecnología más completa. Según esta definición, la nanotecnología es la manipulación de la materia en la que al menos una dimensión tiene una escala que va de 1 a 100 nanómetros. Esta definición refleja el hecho de que los efectos de la mecánica cuántica son importantes a esta escala del reino cuántico. Como resultado, la definición cambió de un objetivo tecnológico particular a una categoría de investigación que incluye todos los tipos de investigación y tecnologías que se ocupan de las propiedades especiales de la materia que ocurren por debajo del umbral de tamaño dado. En otras palabras, la definición se convirtió en una categoría de investigación. Es por esta razón que el término "nanotecnologías", tanto en su forma singular como plural, así como el término "tecnologías a nanoescala", se utilizan a menudo para referirse a una amplia variedad de estudios y aplicaciones que comparten la característica de ser muy pequeños.
El término "nanotecnología" se refiere a cualquier cosa con dimensiones a nanoescala o más pequeñas. Su aplicación abarca desde la creación de nuevos materiales con dimensiones a nanoescala hasta el control directo de la materia a escala atómica. La ciencia de superficies, la química orgánica, la biología molecular, la física de semiconductores y el almacenamiento de energía son solo algunos de los subcampos científicos que entran en su ámbito.
Las posibles repercusiones de la nanotecnología son ahora un tema de discusión entre los científicos. La nanotecnología tiene el potencial de producir un gran número de materiales y tecnologías novedosos, cada uno de los cuales podría tener una amplia variedad de usos. Algunos ejemplos de estas aplicaciones incluyen la nanomedicina, la nanoelectrónica, los biomateriales, la generación de energía y los artículos de consumo. Por otro lado, la nanotecnología plantea muchos de los mismos problemas que cualquier nueva tecnología, como las preocupaciones sobre la toxicidad y el impacto ambiental de los nanomateriales, así como sus posibles implicaciones en las economías globales, y la especulación sobre una variedad de otros escenarios del fin del mundo. Debido a estos problemas, las organizaciones de defensa y los gobiernos de todo el mundo están debatiendo si la nanotecnología debe estar sujeta a una regulación específica.
Richard Feynman, un conocido físico, dio una charla titulada "Hay mucho espacio en el fondo" en 1959. En esta charla, describió la posibilidad de la síntesis a través de la manipulación directa de los átomos. Esta charla fue la primera discusión pública de las ideas que más tarde se convertirían en la base de la nanotecnología.
En 1974, Norio Taniguchi fue la primera persona en utilizar la frase "nanotecnología", a pesar de que el término no era muy reconocido en ese momento. K. Eric Drexler utilizó por primera vez el término "nanotecnología" en su libro Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology, que publicó en 1986. En ese libro, Drexler propuso la idea de un "ensamblador" a nanoescala que sería capaz de construir una copia de sí mismo y de otros elementos de complejidad arbitraria con control atómico. Drexler se inspiró para usar el término "nanotecnología" en las ideas que Richard Feynman había desarrollado. También en 1986, Drexler fue cofundador de The Foresight Institute, una organización con la que ya no está asociado, con el objetivo de ayudar al público en general a ser más consciente y conocedor de la nanotecnología y sus consecuencias.
En la década de 1980, el campo de la nanotecnología surgió como resultado de la convergencia del trabajo teórico y público de Drexler, que desarrolló y popularizó un marco conceptual para la nanotecnología, y los avances experimentales de alta visibilidad que atrajeron la atención adicional a gran escala sobre las perspectivas del control atómico de la materia. El trabajo de Drexler desarrolló y popularizó un marco conceptual para la nanotecnología. Los avances experimentales de alta visibilidad también atrajeron la atención adicional a gran escala sobre las perspectivas del control atómico de la materia. Dos avances significativos realizados en la década de 1980 fueron la chispa que encendió la expansión de la nanotecnología en la era actual. Primero, el desarrollo del microscopio de efecto túnel en 1981, que hizo posible ver átomos y enlaces individuales de una manera que nunca antes se había hecho y en 1989 se utilizó con éxito para el proceso de manipulación de átomos individuales. Gerd Binnig y Heinrich Rohrer, que trabajaron en el desarrollo del microscopio en el Laboratorio de Investigación de IBM en Zúrich, fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1986 por su trabajo. Durante el mismo año, Binnig, Quate y Gerber también fueron los inventores del microscopio de fuerza atómica similar.
En segundo lugar, los fullerenos fueron encontrados en 1985 por Harry Kroto, Richard Smalley y Robert Curl, quienes compartieron el Premio Nobel de Química en 1996. A estos tres científicos se les atribuye el descubrimiento de los fullerenos. Esta es la razón por la que Iijima fue galardonado con el primer Premio Kavli en Nanociencia en 2008.
En 1960, A. Rose fue la primera persona en sugerir la idea de un transistor de unión semiconductor-metal base de nanocapa (unión M-S). En 1962, L. Geppert, Mohamed Atalla y Dawon Kahng fueron las primeras personas en fabricar uno.
Los gobiernos han adoptado medidas para promover y financiar la investigación en nanotecnología, como en los Estados Unidos con la Iniciativa Nacional de Nanotecnología, que formalizó una definición de nanotecnología basada en el tamaño y estableció fondos para la investigación en nanoescala, y en Europa con los Programas Marco Europeos de Investigación y Desarrollo Tecnológico.
A mediados de la década de 2000, comenzó una oleada de atención fresca y seria por parte de la comunidad científica. La elaboración de hojas de ruta de la nanotecnología ha dado lugar a una serie de proyectos. Estas hojas de ruta se centran en la manipulación atómicamente precisa de la materia y describen las capacidades, objetivos y aplicaciones presentes y predichas.
En 2006 se desarrolló el dispositivo nanoelectrónico más pequeño del mundo, el MOSFET de 3 nm, que fue creado por un equipo de investigadores coreanos del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) y el Centro Nacional Nano Fab. La tecnología FinFET fue la base sobre la que se construyó.
La ingeniería de sistemas funcionales a escala molecular es lo que se entiende por el término "nanotecnología". Contiene tanto los proyectos en curso como las ideas que están más avanzadas en su desarrollo. En su contexto original, el término "nanotecnología" se refiere a la capacidad anticipada de construir cosas desde cero utilizando métodos e instrumentos que ahora están en desarrollo para producir productos terminados con capacidades superiores.
Un nanómetro (a veces escrito como nm) es igual a una milmillonésima.
o 10-9, para hacer con un medidor.
Por el contrario, las longitudes de los enlaces carbono-carbono que son habituales, o la distancia entre cada uno de los átomos que componen una molécula, tienen un tamaño de entre 0,12 y 0,15 nanómetros; Además, el diámetro de una doble hélice de ADN es de alrededor de 2 nanómetros.
Dicho de otro modo, las formas de vida más simples compuestas por células, los microorganismos pertenecientes al género Mycoplasma, tienen alrededor de 200 nanómetros de longitud.
De acuerdo con la norma, de acuerdo con la definición proporcionada por la Iniciativa Nacional de Nanotecnología en los Estados Unidos, el rango de escala de 1 a 100 nanómetros se considera nanotecnología.
El tamaño de los átomos determina el límite más bajo, porque el hidrógeno tiene los átomos más pequeños de cualquier elemento (
Debido al hecho de que la nanotecnología debe construir sus dispositivos a partir de átomos y moléculas, que tienen un diámetro cinético de aproximadamente un cuarto de nanómetro.
El límite superior es más o menos arbitrario, pero es alrededor del tamaño por debajo del cual los fenómenos que no se ven en estructuras más grandes comienzan a hacerse visibles y pueden usarse en el nanodispositivo. Este tamaño es aproximadamente el tamaño del tamaño más pequeño por debajo del cual se pueden notar los fenómenos.
Con el fin de ofrecer una base científica fundamental para la nanotecnología, los subcampos de la física como la nanoelectrónica, la nanomecánica, la nanofotónica y la nanoiónica se han desarrollado significativamente en el transcurso de las últimas décadas.
Cuando se reduce la escala del sistema, ciertos fenómenos pueden verse con mayor claridad. Estos incluyen los efectos de la mecánica estadística, así como los efectos de la mecánica cuántica, como el "efecto del tamaño cuántico", en el que las propiedades electrónicas de los sólidos se alteran cuando hay una reducción significativa en el tamaño de...
