domingo, 25 de julio de 2010

Nanocompuestos para un nuevo tipo de recubrimiento

Pese a que ya están afianzadas las aplicaciones de la pulvimetalurgia, se sigue investigando en este ámbito a fin de dar con métodos novedosos de procesamiento que permitan ahorros considerables en tiempo, materiales y, por consiguiente, costes.

La fabricación de piezas con formas complejas y sin defectos que incrementen el riesgo de fallos, dotadas de gran fiabilidad pero que acarreen menos costes, constituye un reto considerable para el sector de la automoción. La pulvimetalurgia fue objeto de estudio en el marco del proyecto europeo PM-MACH como posible opción de procesamiento con la que abaratar los costes de mecanizado. Con tal de optimizar el proceso de conformado neto (near-net shaping), se fabricaron piezas con una mezcla de polvo metálico. También se trató de minimizar el tiempo de fabricación, considerado por los socios del proyecto como un factor competitivo esencial.
El primer paso del proceso pulvimetalúrgico consiste en compactar una mezcla de polvos metálicos con lubricantes orgánicos adecuados sometiéndola a presión en el molde, que confiere la forma deseada. El polvo compactado se calienta a continuación en una atmósfera protectora, a una temperatura inferior a su punto de fusión, para que las partículas de polvo se fundan y se unan. Mediante la sinterización se confiere a las piezas la fortaleza suficiente para que desempeñen su cometido, si bien aquélla requiere un mecanizado adicional y cuidadoso que resulta caro. El socio Platit AG, de Suiza, se centró en desarrollar recubrimientos de nanocompuestos que doten a las piezas de resistencia térmica y contra el rayado durante el mecanizado en verde. A fin de ajustar las propiedades del recubrimiento a su función prevista, los investigadores de los laboratorios de Platit AG dieron un paso adelante con las tecnologías de deposición física en fase vapor (PVD). Al depositar clases muy distintas de materiales, ciertos componentes como el cromo (Cr) y el aluminio (Al) con silicio (Si) no se mezclan por completo.
Así pues, los granos de nitruro de cromo aluminio (CrAlN) nanocristalino se incorporaron a una matriz amorfa de nitruro de silicio (SiNx). Gracias a su mayor dureza y su superior resistencia a la fricción, los recubrimientos dotados de una estructura de nanocompuesto mostraron resistencia incluso contra recubrimientos gruesos aplicados por deposición química de vapor. Estos recubrimientos están a disposición para su uso industrial en aplicaciones de modelado con la marca nACVIc®.
Asignatura: CRF

Nanomateriales para aplicaciones dentales

Las ventajas comparativas y la facilidad de uso del titanio (Ti) como material para mecanización, se convierten en inconvenientes cuando se utiliza como material para fundición en prótesis dentales. El objetivo del proyecto CATIPRO fue la producción de nanomateriales basados en Ti optimizados para una amplia gama de aplicaciones dentales.

El titanio (Ti) puro de uso comercial presenta ventajas destacables frente a las aleaciones de uso dental convencionales. Además de su biocompatibilidad y de una elevada resistencia a la corrosión, la abundancia de este rentable material ofrece alternativas atractivas a las aleaciones anteriormente mencionadas. El proyecto CATIPRO, financiado por el 5° Programa Marco, se centró en las dificultades de la fundición del Ti, relacionadas principalmente con su elevado punto de fusión y su aumentada reactividad a altas temperaturas. Aunque los laboratorios dentales utilizan materiales de recubrimiento, el titanio tiene una alta afinidad química con el silicio (Si) y forma una serie de compuestos de Si-Ti. CERECO S.A., uno de los socios del proyecto, se centró en la abundante contaminación observada en las piezas fundidas de Ti cuando se utilizan materiales de recubrimiento basados en SiO2. Esta contaminación en la superficie de las piezas fundidas de Ti para aplicaciones dentales, que en última instancia da lugar a modificaciones microestructurales, influye en la corrosión y en las propiedades mecánicas de la pieza fundida terminada. Desde un punto de vista clínico, aumenta la rugosidad de las piezas fundidas a la vez que reduce su límite de fatiga en el altamente corrosivo entorno bucal. Es posible encontrar elementos de los materiales de recubrimiento, tales como silicio (Si) y fósforo (P), a profundidades de algunas decenas de micras mediante microscopía electrónica de barrido. En un intento por minimizar la incorporación de los elementos Si y P, los investigadores sustituyeron los materiales de recubrimiento convencionales ligados mediante fosfatos por nuevos materiales basados en óxido de magnesio.
Además, se prepararon recubrimientos de óxido de circonio estabilizado con óxido de itrio utilizando polvos nanoestructurados y convencionales, y se aplicaron a la superficie de los modelos de cera para reducir el grosor de la capa de reacción. La eficacia del recubrimiento protector ofrece nuevas posibilidades muy interesantes para aprovechar las inmejorables propiedades biológicas y mecánicas del Ti en el campo de la odontología.
Asignatura: CRF

Identificación de gases mediante finas películas de oro

En el marco del proyecto NANOPHOS se han aportado pruebas sobre las variaciones de las propiedades ópticas de los medios nanoestructurados y nanocompuestos. Estas alteraciones sin pérdidas en los materiales expuestos a agentes contaminantes podrían, en un futuro, permitir la puesta en práctica de principios de funcionamiento innovadores para un nuevo tipo de sensores de gas «inteligentes».

Los dispositivos sensores para la detección de pequeñas concentraciones de gases reductores deben poseer una elevada sensibilidad y selectividad ante los componentes gaseosos, además de un tiempo de respuesta corto. También deben ser fiables en un amplio rango de temperaturas que abarque las necesidades siempre en aumento de controlar las emisiones contaminantes producidas en los procesos industriales y laboratorios. Con la vista puesta en los principios de funcionamiento ya establecidos de los sensores de gases, la investigación realizada en el proyecto NANOPHOS se centró en la utilización de medios nanoestructurados y nanocompuestos para mejorar su efectividad. Para ello, se investigaron los efectos no lineales de las interacciones entre luz y materia en materiales expuestos a un entorno químico en los laboratorios de la Fundación para la Investigación y la Tecnología Hellas (Grecia).
Más concretamente, el interés de los investigadores se dirigió a finas películas de nanopartículas de metales nobles depositadas o integradas en distintos materiales dieléctricos. Su elevada respuesta óptica no lineal, que puede mejorarse mediante la excitación por luz de plasmones de superficie, los convertía en candidatos perfectos para convertirse en sensores optoelectrónicos de gas. Parámetros como el espesor de las películas, el tamaño y la morfología de las nanopartículas depositadas, así como el pretratamiento de sustratos pueden, no obstante, influir de forma significativa en su respuesta óptica no lineal. Para determinar la susceptibilidad óptica de las películas continuas de oro y las películas ultrafinas de oro que presentan morfología de islote, se utilizaron las técnicas del efecto Kerr óptico, el barrido en Z y la limitación óptica. Se observaron por primera vez de forma experimental variaciones significativas de las propiedades ópticas no lineales de las películas de oro debidas a la exposición a agentes contaminantes.
También se investigó la capacidad para controlar las condiciones en las que las películas finas de oro se preparan y en consecuencia regulan sus propiedades ópticas. Se prevé que esta línea de investigación abrirá nuevos caminos para conseguir un alto nivel de distinción sensora entre gases como el nitrógeno y los óxidos de azufre y otros contaminantes.
Asignatura: CRF

Un mundo nano a nuestro alrededor

25 de Febrero de 2010
La palabra nanotecnologia es usada para definir las ciencias y tecnicas que se aplican a un nivel de nanoescala, medidas extremadamente pequeñas "nanos", que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. En síntesis, nos llevaría a la posibilidad de fabricar materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas.

La revolución nanotecnológica, tiene y tendrá un impacto enorme en nuestras vidas, en las economías, los países y en la sociedad en general en un futuro no lejano. En la actualidad los principales avances prácticos ya se dan en algunos campos, como son las nanopartículas o los nanotubos. Lo que no cabe duda es que la revolución ha comenzado. Entre los efectos, destacan sus potenciales impactos en la medicina, la biología, el medioambiente, la informática, la construcción, las nuevas aplicaciones en los materiales, etc…

En el caso de la madera y del mueble, AIDIMA desarrolla un proyecto que tiene como objetivo el desarrollo de nuevos materiales superhidrófobos mediante nanotecnología, aportando unas propiedades diferenciadoras a ciertos materiales, concretamente una alta superhidrofobicidad y unas propiedades de autolimpieza, mediante el uso de nanocompuestos. En nuestro sector, son especialmente importantes estas propiedades ya que, la madera y sus materiales son materiales higroscópicos, y en ocasiones, esa es una de las principales limitaciones de su uso. Asimismo se hará extensivo el empleo de nanocompuestos para obtener propiedades superhidrófobas o de autolimpieza a otros materiales como los tapizados. La consecución de estas propiedades generará numerosas aplicaciones para estos nuevos materiales. Estos productos podrían competir en un mercado global y aportarían soluciones de negocio a las empresas.
También participa en un proyecto de cooperación sobre recubrimientos fotocatalíticos para la obtención de superficies autolimpiantes sobre distintos sustratos a partir de nanopartículas de dióxido de titanio, que den lugar a superficies capaces de limpiarse por sí mismas. La aplicación de los recubrimientos fotocatalíticos obtenidos sobre productos de madera, cerámica, piedra y morteros especiales, evitará, mediante su efecto de descomposición de la materia orgánica, el deterioro que sufren las superficies de estos materiales debido a la exposición continuada al ambiente exterior.
En el campo de las nanobiocidas, AIDIMA está trabajando en la preparación de nanosistemas para la liberación controlada de biocidas, de manera que se aumente en gran medida la eficiencia de estos productos, pudiendo controlar la liberación de la sustancia activa, una vez se haya producido el ataque de los organismos biológicos. El empleo de sustancias biocidas en los productos destinados al uso exterior en materiales propios del sector del mueble y de la construcción, trae consigo una serie de problemas, y éstos tienen como solución el encapsulamiento o fijación de sustancias biocidas.


Las principales ventajas que ofrece la encapsulación sobre un proceso de aplicación convencional es el aislamiento de los principios activos inestables en contacto con el medio externo y la liberación gradual del mismo. Los productos resultantes son totalmente novedosos e inexistentes en el mercado. Con ello se posibilitará el mayor empleo de maderas y muebles, de morteros, de baldosas y tejas, y de fibras textiles, capaces de ser usados en condiciones de exterior con la protección adecuada y de presentar un mejor aspecto y unas mejores condiciones de seguridad e higiene, pudiendo ampliar considerablemente el mercado de los fabricantes de estos productos.
Asignatura: CRF

¡Cambio de consistencia en segundos! Plástico duro a suave y viceversa

Con fecha 6 de marzo de 2008, la revista estadounidense "Science" publicó un estudio desarrollado por un equipo interdisciplinario de Científicos estadounidenses de la Universidad Case Western Reserve (Ohio) que da a conocer un nuevo material inspirado en la piel rugosa de los pepinos de mar o holoturia, un animal invertebrado con el cuerpo suave y alargado, capaz de ser a la vez flexible y rígido. Estas criaturas pueden rápidamente endurecer su piel, normalmente muy suave, en reacción a una amenaza.

Se trata de un nuevo polímero dotado de cualidades mecánicas y químicas que le permiten adaptarse a diferentes ambientes. Este plástico puede convertirse, como la piel del pepino de mar, duro y a la inversa suave, tras segundos de contacto con líquido, precisaron los científicos. "Podemos fabricar estos nuevos polímeros programando sus propiedades mecánicas, su grado de rigidez o de suavidad, cuando son expuestos a sustancias químicas específicas", explicó Christoph Weder, uno de los autores principales del estudio.

Equipo de investigadores Izq. Jeffrey R. Capadota, Stuart J. Rowan, Christoph Weder, Dustin J.
"Los materiales se diseñaron para tornarse de un plástico duro — como el de un estuche de CD— a un elastómero cuando se sumerge en agua" agregó Rowan, quien ha sido compañero de Weder en el proyecto por casi seis años.

"Nuestros nuevos materiales fueron adaptados para responder específicamente al agua y a presentar una mínima hinchazón del objeto impregnado, así que no mojan como una esponja," dijo Shanmuganathan.
El pepino de mar inspiró el diseño de nanocompuestos quimioreactivos con propiedades mecánicas adaptables. Foto: Cortesía de F. Carpenter
En estudios anteriores, los biólogos marinos han demostrado que el efecto de la conmutación en el fino tejido biológico se deriva de distintas estructuras de nanocompuestos en la cual las nanofibras del colágeno —que son altamente rígidas— están implantadas dentro de un fino tejido conectivo suave. La rigidez es mediada por los productos químicos específicos que son secretados por el sistema nervioso del animal y que controlan las interacciones entre las nanofibras del colágeno. Cuando están conectados, las nanofibras forman una red que refuerza considerablemente el aumento de rigidez total del material, comparado al estado desconectado que mantiene la suavidad.

El equipo de la Universidad Case Western Reserve está interesado en utilizar tal dinámica mecánica de materiales en aplicaciones biomédicas, por ejemplo en sustratos adaptables para micro electrodos intracorticales. Estos dispositivos se están desarrollando como parte de un "sistema nervioso artificial" que tiene el potencial de ayudar a pacientes que sufren de enfermedades como Parkinson, lesiones de la médula espinal, y otros desórdenes donde se compromete la interfaz entre el movimiento del cuerpo y el cerebro.

Un problema observado en estudios experimentales es que la calidad de las señales registradas del cerebro por tales microelectrodos se degrada generalmente dentro de algunos meses después de la implantación, originando usos crónicos desafiadores. Una hipótesis para esta falla es que debido a que se requiere una elevada rigidez en los electrodos para su inserción, se causa daño alrededor del fino y suave tejido del cerebro.
Imagen de microscopio electrónico de nanocompuesto quimioreactivo.

"Creemos que si se utiliza el polímero mecánicamente adaptable para la elaboración de los electrodos se podría aliviar este problema" explica Dustin Tyler, que se especializa en la interconexión de los nervios y el estímulo eléctrico funcional.

El desarrollo y la prueba de los microelectrodos experimentales que implican los nuevos materiales adaptantes esta actualmente en curso. "Por esta razón diseñamos nuestros primeros materiales para responder al agua" explica Weder. "Esto permite que los electrodos rígidos lleguen a ser suaves cuando está implantada en el cerebro que es rico en agua", agrega.

Nanocompuestos

Domingo, 28 de Marzo de 2010 16:48

Nanobiomatters, S.L. obtiene la patente de nuevos materiales nanocompuestos con propiedades de bloqueo de la radiación electromagnética infrarroja, ultravioleta y visible y procedimiento para su obtención.


La presente invención hace referencia a nuevos materiales nanocompuestos con propiedades de protección frente a la radiación infrarroja y ultravioleta-visible, al procedimiento para su obtención que comprende las etapas de disminución del tamaño de las partículas laminares mediante acción mecánica, filtración, eliminación de la materia orgánica, eliminación de los óxidos cristalinos y partículas duras no sujetas a modificación, obtención de finos laminares o de estructura laminar, pre-tratamiento de las estructuras laminares mediante el uso de precursores, y adición del resultante de las etapas anteriores bien en estado líquido o por vía seca a una matriz plástica. Además la invención hace referencia al uso de dichos materiales en distintos sectores de la industria.

NanoBioMatters (NBM) fue fundada en 2004 con objeto de combinar los conocimientos técnicos de los campor de la nanotecnología, el refuerzo de plásticos y materiales de base biológica. El fundados de Nanobiomatters fue Dr. José María Lagarón (CSIC, Consejo Superior de Investigaciones Científicas) .


Los productos ofrecidos por NanoBioMatters (NBM) se purifican, modificado y funcionalizado nanoarcilla aditivos para mejoras de la propiedad en los polímeros, resinas y bioplásticos. Los productos comerciales están disponibles en polvo y masterbatch de resina.



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Materiales compuestos y su desarrollo actual

Inicio
El papel de los materiales compuestos en aplicaciones modernas se ha tornado cada vez más importante, debido a que sus propiedades físicas, químicas y mecánicas no se presentan de manera usual en los materiales tradicionales en las ramas de la ingeniería. Esto, aunado a la búsqueda de materiales con un mejor desempeño y una mejor relación costo-beneficio ha causado que se busque incorporar ventajas de la nanotecnología, así como de materiales con efecto de memoria de forma para incrementar la efectividad y conveniencia de los materiales compuestos.Los materiales compuestos (también llamados composites) se obtienen al llevar a cabo combinaciones de materiales de distinta naturaleza para conseguir una mezcla de propiedades mecánicas o físicas que no sería posible lograr sin esta mixtura. Para comprender mejor cómo se forma un material compuesto, tenemos que remitirnos a la clasificación básica de los materiales de uso común en ingeniería; algunos ejemplos:» Metales: acero en los automóviles y cobre en las tuberías» Cerámicos: sílice en vidrios comerciales, arcillas en la fabricación de vitropisos y sanitarios» Polímeros:* polietileno en empaques y bolsas, poliestireno en aislamiento acústico y poliéster en prendas de vestirExisten materiales compuestos que han estado a nuestro servicio desde hace una gran cantidad de años y, sin embargo, es muy posible que no los hayamos identificado como tales; por ejemplo, el concreto, en el cual se mezclan tres materiales cerámicos –grava, arena y cemento– con un material metálico que es la varilla; la fibra de vidrio, en la cual tenemos la combinación de un polímero (lámina) con un cerámico (vidrio de las fibras); los neumáticos radiales, en los cuales tenemos caucho –un polímero– con refuerzos de alambre (metal); finalmente, podemos citar el adobe que se usaba sobre todo en zonas rurales en tiempos pasados para la construcción de viviendas, material que contenía arcillas o lodos (cerámicos) y paja o fibras (polímero). Hoy en día se ha desarrollado una gran cantidad de materiales compuestos para aplicaciones de alta tecnología en diversas ramas de la ciencia, como por ejemplo en la aeronáutica .A causa de la gran cantidad de aplicaciones de los materiales compuestos, se ha debido realizar una clasificación de acuerdo con diversas consideraciones; unade las más aceptadas se refiere a la naturaleza del material que se encuentra en mayor cantidad en el compuesto. De esta manera se han determinado los grupos:» Compuestos con matriz de polímero: CMP (en la cual predomina un polímero)» Compuestos con matriz cerámica: CMC (predominaun cerámico)» Compuestos con matriz metálica: CMM (predominaun metal o aleación)Es importante mencionar que en el vocabulario utilizado en los materiales compuestos, en general se conoce como matriz aquel que se encuentra en mayor proporción y, como refuerzo o reforzante, el material que se incorpora en menor cantidad. En esta publicación se hará referencia los tres tipos de compuestos, sin embargo la atención se centrará en los compuestos con matriz metálica .


Compuestos de matriz polimérica
Los compuestos de matriz polimérica (CMP) constan de un polímero al cual se incorporan fibras de vidrio principalmente y, con menor frecuencia, fibras de boro, carbono u otro polímero (figuras y ). Las grandes ventajas de utilizar estos compuestos radican en combinar las buenas propiedades de los polímeros como la resistencia a la oxidación, bajo peso y la ductilidad, con las altas resistencias mecánicas y la rigidez de las fibras que se le agregan.El primer ejemplo comercial del uso de materiales compuestos con matriz polimérica fue aplicado a partes automotrices, cuando la Toyota Motor Company aplicó el nylon 6 para incorporarlo en las cubiertas de las bandas de tiempo de los motores de combustión interna. General Motors también ha usado los CMP en algunas partes de las puertas en su línea de vehículos como el Impala y la M-van, obteniendo una reducción en peso importante por usar una matriz de polímero, además de una menor sección transversal, debido a una mayor resistencia del compuesto. Recientemente, las líneas de conducción de combustible en el automóvil Honda Acura han sido una muestra más de aplicación de materiales compuestos de matriz polimérica, ya que se han manufacturado a partir de una matriz reforzada con fibras de nylon 12, el cual es más ligero y más resistente a la corrosión, comparado con el aluminio que se usaba anteriormente para fabricar estas tuberías.

Compuestos de matriz cerámica
Han sido desarrollados para superar la fragilidad intrínsecay la falta de confiabilidad causada por la alta variabilidad en los valores de propiedades mecánicas de los cerámicos de uso común en ingeniería y, sobre todo, para introducir compuestos basados en cerámicos cuyas aplicaciones se adapten a condiciones de uso muy extremas (figuras y ). La mayoría de las aplicaciones de los compuestos avanzados con matriz cerámica se basan en el uso de carburo de silicio, nitruro de silicio, óxido de silicio y óxido de aluminio, todos los cuales exhiben puntos de fusión por encima de los 1700 oC. Algunas aplicaciones importantes son: aislantes térmicos en un motor de propulsión a chorro de los jets comerciales y de cohetes espaciales y militares; elementos estructurales en las turbinas de gas para plantas de generación de potencia, frenos en vehículos de carreras, etc.

Compuestos de matriz metálica
Este grupo tiene aplicaciones en la industria aeroespacial,automotriz, electrónica, militar y deportiva. Los compuestos de matriz metálica incorporan una amplia variedad de combinaciones tanto de refuerzo como de matriz. Podemos citar por ejemplo el magnesio reforzado con grafito que se utiliza en la fabricación de estructuras satelitales, el aluminio reforzado con carburo de silicio para partes de motores de combustión interna y el cobre reforzado con grafito aplicado a contactos eléctricos.Si revisamos la aplicación de los CMM en la industria automotriz, veremos que estos materiales han dado una respuesta favorable a los desafíos que se experimentan día a día con el afán de mejorar el consumo de combustible y reducir las emisiones anticontaminantes

Compuestos reforzados con materiales inteligentes
Estos materiales son una clase importante de estructuras inteligentes compuestas, las cuales tienen aplicaciones potenciales para el control de la forma y el amortiguamiento de la vibración de la mayoría de los componentes estructurales. Se utilizan fibras de aleaciones con efecto de memoria de forma, que es un fenómeno asociado a la transformación de fase en estado sólido conocida como martensítica y consiste en que un elemento en condición martensítica que ha sido deformado plásticamente regresa a su forma original mediante un calentamiento apropiado . Estas fibras pueden ser introducidas en una matriz polimérica para obtener una alta cantidad de deformaciones recuperables, de aproximadamente 6%, si se ha empleado un esfuerzo de baja magnitud.Otra aplicación muy interesante de los reforzantes de aleaciones con memoria de forma, ocurre en las aleaciones para soldaduras de bajo punto de fusión libres de plomo, empleadas con frecuencia en la industria electrónica para unir los componentes electrónicos a la tarjeta y formar los chips. Uno de los autores (JGR) ha trabajado en el desarrollo de aleaciones Sn-Ag-Cu (estaño-plata-cobre) para estas aplicaciones. Debido a la tendencia ingenieril hacia un ambiente libre de plomo, las soldaduras libres de este elemento deben ser una buena alternativa a la soldadura tradicional en lo referente a la interconectabilidad eléctrica, integridad estructural y confiabilidad. Aunque las leyes y regulaciones de diferentes países han sido las principales causas para eliminar el uso de plomo en soldaduras, todavía se siguen desarrollando algunas, utilizables como reemplazo, que cuenten con las características principales de la soldadura eutéctica típica Sn–Pb (estaño-plomo), como temperatura de fusión, costo, mojabilidad y propiedades mecánicas.En la actualidad se siguen investigando soldaduras que tienen su aplicación a más altas temperaturas que ese sistema, tales como aleaciones Sn–Au (estaño-plata) y Sn–Sb (estaño-antimonio), que resultan muy caras o no presentan una confiabilidad completa.Por ello se han desarrollado las soldaduras composito basadas en elementos reforzantes de aleaciones con memoria de forma, a fin de mejorar el comportamiento bajo servicio. En otras palabras, el propósito principal de las soldaduras composito es desarrollar y estabilizar microestructuras de grano fino y homogenizar la deformación de la unión soldadura-componente electrónico, así como mejorar las propiedades mecánicas de la unión de soldadura, especialmente, la termofluencia y la resistencia a la fatiga termomecánica.

Materiales nanocompuestos
La nanotecnología ofrece un enorme rango de aplicacionespotenciales que van desde la electrónica, las comunicaciones ópticas y los sistemas biológicos, hasta los nuevos materiales. La aplicación de esta ciencia a materiales compuestos no ha sido la excepción; así ha dado lugar a los nanocompuestos, materiales en los cuales los refuerzos tienen tamaños de 10-9 m. Ejemplos de nanomateriales son los polímeros reforzados con nanotubos de carbono.Los beneficios de esta combinación consisten en mejorar las propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas. Por ejemplo, la conductividad térmica de un nanotubo de carbono es cuatro veces mayor que la del mejor polímero conductor, en tanto que la resistencia mecánica es mayor que la de un acero (bajo ciertas condiciones de comparación); además, los nanotubos pueden ayudar a que los polímeros sean conductores de corriente eléctrica. Todo esto hace de los polímeros reforzados con nanotubos, materiales potenciales para elementos disipadores de calor, aplicables a partes sometidas a altos esfuerzos mecánicos y tanques de gasolina para vehículos. Simultáneamente a la investigación en nanocompuestos con matriz polimérica, recientemente se ha dado un mayor auge al desarrollo de materiales nanocompuestos con matriz metálica.En una de estas líneas de investigación se ubica el trabajo conjunto de uno de los autores de esta publicación (JLHR) del CIMAV (Centro de Investigación en Materiales Avanzados) y la UASLP (Universidad Autónoma de San Luis Potosí) cuyo propósito es desarrollar materiales nanocompuestos con matriz de aluminio y reforzados con nanoparticulas de grafito u óxido de aluminio, utilizando técnicas de la metalurgia de polvos. Los resultados preliminares han sido prometedores, ya que la microestructura resultante de estos materiales se ha ubicado en tamaños nanometricos

Asignatura: CRF

Sika lanza Sika Viscocrete® 30 HS CL, aditivo para Hormigón Proyectado y convencional

Sika desarrolló un novedoso diseño de hiperplastificante con nano compuestos líquidos que actúa en forma muy similar a las mezclas con sílice en polvo, pero que gracias a su condición líquida, posee una serie de ventajas técnicas y medio ambientales.

La incorporación de nano compuestos disueltos junto con el agua de amasado, permite una perfecta dispersión en la masa del hormigón. Esta rellena los espacios entre partículas de cemento y áridos finos, confiriendo características de impermeabilidad y mayor durabilidad a la estructura al reducir la relación agua/cementante, junto con mejorar su trabajabilidad y elevar sus resistencias mecánicas.
Dentro de las ventajas del Sika Viscocrete® 30 HS CL, destacan su fácil manipulación y transporte, su estable densidad y concentración, su sencilla dosificación y homogeneización y que mínimas dosis del material producen un efecto equivalente al originado por dosis mayores de otros compuestos como silica fume, metacaolín y fly-ash.
Además, es un aporte como adición activa en morteros y hormigones al reducir los requerimientos de agua, al actuar como modificador reológico, al reducir la exudación y al incrementar la resistencia mecánica.

Asignatura: CRF

La nanotecnología avanza

La nanotecnología, es una nueva tecnología, sobre la que se está levantando toda una industria. Sus aplicaciones todavía se limitan a un par de campos pero, en unos años revolucionará nuestro modo de vida. Puede que, sin saberlo ya utilices productos con nanopartículas. Algunas ceras para coche, por ejemplo, contienen un nanocompuesto hidrófobo (que repele el agua).

Productos de limpieza y mobiliario con capas de nanocompuestos con propiedades anti-bacterianas, en los últimos años estos productos han llegado a nuestros hogares y ya lo están haciendo a los coches. Pocos saben que la tapicería del Opel Insignia tiene una capa protectora a base de nanopartículas, que la hacen resistente a todo tipo de manchas. Sí, también a las de aceite, tomate, tinta o café.


Nanogate AG, la empresa que ha desarrollado este nuevo material y uno de los líderes mundiales en aplicaciones de la nanotecnología, espera pronto hacerse con una buena porción el mercado mundial del automóvil con estos productos. Algunos grupos ven en esta tecnología una amenaza a la vida pero, de momento, nadie ha puesto ningún tipo de freno ni a la investigación con nanopartículas ni a sus aplicaciones comerciales.
Asignatura: CRF
Fuente: http://www.coches-es.com/noticias/category/tecnologia/page/4/
Ver: http://nanocompositescrf.blogspot.com/

Use of sol–gel hybrids for photovoltaic cell application

Up to now, the main photovoltaic (PV) devices are based on solid-state junctions, usually made of silicon and are profiting from the development of the semiconductor industry. In this situation, a challenging new generation of solar cell is emerging, based on the use of interpenetrating network of nanocrystalline oxide and conducting electrolyte. The so-called dye-sensitized solar cell (DSC) constitutes a promising technical and economical alternative to p–n junction photovoltaic devices. Unlike the conventional silicon systems in which the semiconducting material supports both the light absorption and charge carrier transportation functions, in the DSC the two tasks are split. Light is absorbed by a sensitizer, which is anchored to the surface of a wide band gap oxide semiconductor. Charge separation takes place at the interface via photon-induced electron injection from the dye into the conduction band of the solid. Charge carriers are then transported in the conduction band of the semiconductor to the charge collector. The use of sensitizers having a broad absorption band in conjunction with oxide films of nanocrystalline structure allows the collection of a large fraction of sunlight. The intimate penetrating network of mesoscopic oxide and conducting electrolyte competes today with the conversion efficiency of conventional solid-state devices. They reach in the case of TiO2 as semiconductor, ruthenium-based complex as dye and redox couple-containing liquid as electrolyte, an overall solar (standard AM 1.5) to current conversion efficiency of 10.4%.189 Although the efficiency oflight conversion is spectacular in these systems, one limitation is the liquid electrolyte-based DSC approach using low viscosity, highly volatile solvents (e.g. acetonitrile) which hinder commercialization spreading. A number of solutions have been proposed to solve this problem. One includes replacement of the liquid junction with a conducting ion gelelectrolyte,190 with inorganic materials such as p-type CuI CuSCN or with organic hole conductors such as triphenyldiamine (TPD) or polypyrrole191–195 or substituted polythiophenes.

196,197 This third generation of PV cell is very promising and overall efficiencies from 3.2 up to 3.8% have been obtained.198,199 Such all-solid-state organic–inorganic hybrid dye-sensitized solar cells intend to eliminate practical problems of liquid electrolyte use like degradation with time, cell sealing, handling, technological aspects of module production. Nevertheless, one needs to completely understand and control the interface between the organic and the inorganic portions of the PV cell in order to facilitate reactions occurring at the interface. Among the critical parameters, a major one is the spreading of the interaction between each working layer of the PV cell stack. Especially, the inorganic layer plays an important role in hybrid DSC, accepting an electron from the excited state of the dye and preventing recombination of the newly formed electron–hole pair. In order to increase the efficiency of the sunlight harvesting area, a fractal TiO2 semiconductor oxide layer prepared by the sol–gel chemical method has been replaced with a nanostructured thin film first deposited from colloidal suspensions. This route evidently provides a much more reproducible and controlled interacting porous high surface area. The optimized material used in hybrid solar cells is prepared using the hydrothermal synthesis of Brooks,200 which enables the preparation of size-controlled nanoparticles impacting onto the nanostructure and porosity of the semiconductor layer. In this approach, there is no need to dope the oxide film since the injection of one single electron from the surface adsorbed sensitizer into a TiO2 nanoparticle is enough to make it conductive. Moreover, such mesoporous thin films having high surface roughness do not promote charge carrier loss due to recombination. Among new trends, new developments are directed towards synthesis of structured new materials having desirable morphology like mesoporous channels or nanorods aligned perpendicular to the transparent conducting oxide glass.201,202

A new promising work reports the development of mesostructured materials using the evaporation-induced selfassembly of surfactant templates in the reaction medium.203,204 Porous ordered structures of mesostructured semiconductor oxides compared to former random particle networks are supposed to simultaneously optimize the P–N surface area, the pore filling with the hole conductor polymer, charge carrier transportation and percolation. The use of an inorganic mesophase structure in the PV cell opens a large field of investigation in relation with the numerous accessible organized structure of the porosity (like the 3-D cubic Im3m phase) which can be optimized for enhanced energy conversion efficiency and therefore solar cell performance.
Asignatura: CRF
Fuente: www.rsc.org/materials Journal of Materials Chemistry
Ver: http://nanocompositescrf.blogspot.com/

viernes, 23 de julio de 2010

Llegó la "ropa inteligente"

La nanotecnología está saliendo de los laboratorios científicos y de los espacios de la medicina terapéutica de elite para proyectarse a la vida cotidiana.

Ahora avanza en la fabricación de ropa revolucionando el mercado con la aparición de 'telas inteligentes' e 'indumentaria informatizada'.

El ejército del aire de los Estados Unidos ha creado un tejido que emplea nanotecnología para matar a las bacterias y forzar a los líquidos a evaporarse.

Y gracias a ese tejido, unos científicos han creado ropa interior que se puede llevar durante semanas, sin la necesidad de ser lavada. Las partículas nanotecnológicas son adheridas al tejido con microondas y se les agregan unos compuestos químicos que son los que hacen que dichas partículas repelan olores, líquidos y demás sustancias nocivas
Algunas prendas de este tipo ya se hallan en el mercado. Ésta ropa informa sobre los cambios fisiológicos de adaptación que se producen en el organismo durante la actividad física y, de acuerdo a esto, se automodifican para mejorar el rendimiento. La aplicabilidad de esta indumentaria es principalmente útil para los deportistas, como así también para uso diagnóstico y terapéutico en enfermos crónicos, en especial diabéticos e hipertensos.

Estas telas inteligentes permiten el control de la salud de la persona, a través de la incorporación de microsensores electrónicos y son de colores cambiantes ya que por la incorporación a la trama de fibra de vidrio y plástico se modifica la absorción y reflexión de la onda lumínica .

Estos tejidos absorben la transpiración permitiendo que la piel se mantenga seca. Se produce una adaptabilidad de la tela que abriga cuando el entorno es frío y ventila a altas temperaturas ambientales y/o a los ejercicios corporales violentos que necesitan de una mayor convexión del calor. El uso de estas ropas impactarán favorablemente sobre el consumo de energía para calentarse dado que al mantener la homeostasis en la temperatura corporal no se requerirá el auxilio de calefactores o refrigeradores con el consecuente ahorro energético.

Los laboratorios que trabajan creando estas prendas inteligentes están logrando que no se arruguen, que no se manchen y que mantengan una apariencia de recién estrenadas después de años de uso y muchos lavados.

Loa alérgicos también se ven beneficiados con estas nuevas telas ya que por su propiedad antiestática repelen polen, polvillo ambiental, pelos, etc. e impiden el paso de hongos, ácaros, virus, y otros microorganismos nocivos para la salud y que son de muy difícil eliminación en el lavado de las telas tradicionales.

El calzado también es beneficiario de la nanotecnología indumentaria. Tras tres años de trabajo, Adidas creó 'Adidas -1', que es un calzado que mide el peso del deportista, la fuerza de sus pasos y el tipo de terreno por el que se desplaza realizando los ajustes necesarios para la exacta tensión del calzado. El talón de la zapatilla es hueco y dentro de éste, sus nanocomponentes generan un campo magnético al correr el pie impacta sobre el talón y lo modifica. Posee un sensor que registra más de 1.000 lecturas segundo y detecta las informaciones que envía al microchip. Este determina el nivel de tensión adecuada para el talón y envía la información al motor que gira a 6.000 revoluciones por minuto, y mueve el tornillo, que afirma o relaja el talón, repitiéndose el proceso con cada paso.

El microchip de estas zapatillas puede realizar 5.000.000 de cálculos por segundo. Cuando una persona corre, su cuerpo absorbe cuatro veces su propio peso en cada paso. Estas zapatillas inteligentes ayudan a absorber esta tremenda fuerza, a proteger las partes más vulnerables y a brindar velocidad y confort.


Asignatura: E.E.S
Sección: 1
Saitrhhu R. Gonzalez C.

Computación cuántica... Muy cerca

IBM anunció que está en capacidad de realizar computación y almacenar información a escala atómica, hecho que empieza a acercarnos a la singularidad (revolución tecnológica sin precedentes), predicha por Ray Kurzweil para el año 2050, acelerando asimismo la indetenible miniaturización de chips, predicha por la Ley de Moore. Con lo que la masivización de computadoras cuánticas, con más capacidad de procesamiento merced al fenómeno de superposición (adición de amplitudes de ondas de interferencia, de modo que un objeto posea simultáneamente dos o mas valores para una cantidad observable) y supervelocidad merced al entanglement (operaciones de datos entre dos o mas objetos -espacialmente separados- descritos con referencia el uno de otro), empieza también a materializarse.

Aunque algunos no perciban la importancia de la noticia, baste decir que gracias a ello tendremos dentro de pocos años: Robots con cerebros equivalentes al de humanos (realizando viajes al espacio y poblando planetas, planificando investigaciones cientificas, realizando labores de seguridad, de salvataje, etc).

, R. Stanley Williams de Hewlett-Packard, dice que se está manufacturando un chip hibrido, de silicio y componentes a escala molecular (field programmable gate array: F.P.G.A.), que ahorra enorme espacio. Con el empleo del magnetismo a escala nanotecnológica, se ha creado una técnica para leer y escribir simultáneamente "1s" y "0s" digitales, sobre átomos individuales. Asi, un átomo de hierro, podria almacenar simultáneamente un único qbit de datos binarios ("0" y "1"), identificados por la orientaciún de su campo magnético, concepción básica para construir superveloces computadoras cuánticas.

Asignatura: E.E.S
Sección: 1
Saitrhhu R. Gonzalez C.

Nanomáquinas para eliminar el cáncer

La utilización de nanotecnologia en el ámbito de la medicina nos permitirá abordar con éxito la cura de muchas enfermedades. En la Universidad de California han comenzado a utilizar nanopartículas mesoporosas de sílice como vehículo para superar el problema de la insolubilidad en agua de muchos fármacos anticáncer, aumentando su eficacia.

Cuando hablamos de nanomáquinas, es posible que imaginemos una especie de vehiculo en miniatura, dotado de algún tipo de piloto automático, capaz de llevar a cabo tareas complejas dentro del cuerpo humano (u otro entorno). Sin embargo, la nanotecnologia puede ser sumamente útil sin necesidad de semejante complejidad. El secreto de su éxito es, por supuesto, el pequeño tamaño de sus componentes.

Uno de los problemas mas graves de las terapias anticáncer basadas en medicamentes reside en la pobre solubilidad en agua que tienen estos fármacos anticancerígenos. Para que puedan realizar su labor, deben ser tratados con sustancias que los ayuden a disolverse luego de ser ingeridos para que puedan ser absorbidos por las células cancerosas. Pero el agregado de estos disolventes no sólo disminuye la potencia y eficacia de los medicamentos sino que también producen efectos tóxicos indeseados en el paciente.

Con este problema en mente, investigadores pertenecientes al Instituto Californiano de Nanosistemas, que depende de la Universidad de California (UCLA); y al Centro Oncológico Jonsson, desarrollaron unas nanopartículas compuestas de sílice que permiten a los medicamentes oncológicos (como la camptotecina, entre otros) ser fácilmente disueltos y mejorar su eficacia a la hora de atacar las células cancerosas humanas.


Los científicos a cargo de la dirección del proyecto son Fuyu Tamanoi, un profesor de microbiología, inmunología y genética molecular que se desempeña en la UCLA, y Jeffrey Zink, profesor de química y bioquímica en la misma institución. Juntos crearon un método que ha resultado ser eficaz para resolver el problema de la solubilidad. Básicamente, se trata de incorporar las moléculas del medicamento en cuestión en los "poros" que presenta la superficie de algunas nanopartículas, convirtiéndolas en una especie de "medio de transporte" para la droga.

Zink y Tamanoi trabajaron con nanopartículas mesoporosas fluorescentes de sílice, cargadas con moléculas del medicamento anticancerígeno hidrófobo camptotecina. Una vez introducidas en el cuerpo, las moléculas de camptotecina son liberadas y pueden adosarse a las diversas células cancerosas humanas para inducirles la muerte celular. Los resultados disponibles son alentadores, y sugieren que las nanopartículas mesoporosas de sílice podrían utilizarse como un vector de transporte mucho menos toxico que los diluyentes empleados actualmente por los fármacos anticáncer.

Las nanopartículas empleadas son biocompatibles. Su superficie contiene una gran cantidad de poros tubulares en los que se alojan los medicamentos a distribuir, y lo mejor de todo, son relativamente fáciles de modificar para adaptarla a nuevas "misiones". Los científicos apuestan al desarrollo de estas nanopartículas debido al claro potencial que han demostrado para convertirse en un sistema biocompatible y eficiente de liberación de medicamentos.

En este momento, se considera que la camptotecina y sus derivados como los medicamentos anticancerígenos mas eficientes. Diferentes experimentos realizados en laboratorios han demostrado que son efectivos contra los carcinomas de estómago, colon, cuello, vejiga, cáncer de mama, de pulmón (de células pequeñas) y la leucemia. Pero a la hora de aplicarlos a un paciente humano, solo pueden utilizarse derivados de la camptotecina que sean solubles en agua, que generalmente son mucho menos eficaces.

Este problema se ha encarado con métodos convencionales, como liberación mediante el empleo de ciertos polímeros y partículas liposomales. Pero el empleo de nanopartículas de sílice mesoporosas ha mostrado un gran potencial, y constituyen el método más prometedor para la liberación de agentes terapéuticos en puntos precisos de órganos (o incluso de grupos pequeños de células) seleccionados como objetivos.


Asignatura: E.E.S
Sección: 1
Saithrhu R. Gonzalez C.

Los “nanorobots” hacen que la NASA sueñe con una misión tripulada a Marte para 2020

En un futuro no muy lejano pequeñísimos "nanorobots", capaces de manipular moléculas o estructuras atómicas del tamaño de una millonésima de milímetro, podrán habitar el interior del cuerpo humano y estar siempre atentos a enfrentar cualquier virus o enfermedad que pudiera aparecer. En la NASA, que anunció una estación orbital permanente en la Luna y que sueña con una misión tripulada a Marte, están entusiasmadísimos con la idea: esta sería la fórmula para prolongar la vida de sus astronautas en el espacio.

La nanotecnología dará vida a microscópicos "médicos" capaces de adentrarse en el interior de una célula para diagnosticar o atajar un mal. De este modo, podría convertirse en la llave que permita a los astronautas sobrevivir a la radiación cósmica y a la falta de gravedad durante viajes prolongados. Una misión a Marte duraría unos tres años. Ocho meses en el viaje de ida, un año y medio de permanencia, y el regreso, que recién se produce cuando la Tierra y el planeta rojo están alineados.

En el espacio, se sabe, los líquidos del cuerpo (como el agua y la sangre) ya no son atraídos hacia la parte interna en las áreas del estómago y el pecho; sino que empiezan a moverse hacia la cabeza, por lo que los rostros se "inflan" y lucen diferentes. Además, los astronautas pierden entre 1 y 2 por ciento de su densidad ósea cada mes: sus músculos se debilitan porque no realizan gran esfuerzo debido a la ingravidez. Ni hablar de la radiación cósmica que deben soportar, niveles que jamás se experimentan en la Tierra, causantes de cánceres, cataratas y daños al sistema nervioso.

Con todos estos inconvenientes, hoy es imposible una misión tripulada a Marte. Por eso la NASA apuesta por la nanotecnología: si logra prevenir y controlar los posibles problemas de salud de los astronautas, la colonización sería casi un hecho. Dentro de algunos años, los nanotecnólogos podrán crear pequeñísimas máquinas de funcionamiento real, dotadas de minúsculos "brazos" capaces de manipular moléculas y cerebros electrónicos que les dirán cómo hacer las cosas. Equipado con el software apropiado, un "nanorobot" podría construir casi cualquier cosa. Un dispositivo que circule por el torrente sanguíneo humano para detectar, por ejemplo, depósitos de colesterol en los vasos y disolverlos, o encontrar virus y destruirlos.

La carrera espacial retomó impulso con el amartizaje de la zonda "Spirit". Para los próximos años, la NASA ya tiene planificadas ocho visitas más al cuarto planeta de nuestro sistema solar y, para el 2020, la frutilla del postre: una misión tripulada llegará a Marte para permanecer allí por casi dos años. Preparándose para ese crucial momento, la agencia espacial estadounidense estudia, según un reciente documental de Discovery Health, la posibilidad de que por el torrente sanguíneo de los astronautas circulen los "nanorobots".

Aunque parezca más ciencia ficción que realidad, la nanotecnología no sólo cambiará drásticamente la exploración espacial, permitiendo viajes prolongados, sino que revolucionará la ciencia y la medicina en su conjunto. El tratamiento para combatir virus y bacterias, entonces, podría consistir en inyectar una dosis terapéutica de nanorobots suspendidos en un fluido que seguirán al pie de la letra las órdenes del médico.

También enfermedades como el cáncer y el sida podrían recibir un ansiado antídoto e incluso estos mini robots serían utilizados en campos tan disímiles como las comunicaciones, los negocios o el militar. Los científicos más críticos opinan que la proliferación de estos pequeños robots podría volverse imparable y la especie humana podría quedar a su merced.


Asignatura: E.E.S
Sección: 1
Saithrhu R. Gonzalez C.

Submarinos invisibles por el enemigo gracias a las últimas aplicaciones en nanotecnología

Los nanotubos de carbono podrían proporcionar una mejor tecnología para desarrollar submarinos sigilosos, con la capacidad de ver otros objetos sin dejar de ser invisibles para los submarinos enemigos.

Un artículo publicado en ACS Nano Letters, explica la nueva aplicación de una propiedad ya conocida de las láminas de nanotubos de carbono de sólo una fracción del grosor de un cabello humano que, ofrecen la capacidad de anular la generación de sonido y cancelar el ruido mucho mejor que cualquier otra tecnología actualmente disponible.

Las finas láminas de nanotubos de carbono crean un efecto de sonido a través de un termoacústico, convirtiendo los minúsculos impulsos eléctricos en ondas de sonido a través del calor generado en el aire alrededor de los nanotubos, cuando los impulsos pasan a través del mismo. Este efecto fue descubierto y demostrado anteriormente en el 2008, aunque todavía no ha sido probado bajo el agua.

Ahora, los ingenieros de la Universidad de Texas en Dallas han demostrado que las láminas de nanotubos, pueden producir bajas frecuencias de sonido ideales para mapear las profundidades del océano como un equipo de sonar, pudiendo ajustarse las frecuencias para cancelar el ruido de fondo, como el sonido del propio submarino al desplazarse a través del agua.

Esta capacidad debería ayudar a localizar los submarinos enemigos conociendo su profundidad, ubicación y velocidad sin revelar la propia posición

Asignatura: E.E.S
Sección: 1
Saitrhhu R. Gonzalez C.

Uso de nanotubos en chips de ordenadores

Una nueva técnica para fabricar nanotubos de carbono deben ser más fáciles de integrar con los procesos existentes de fabricación de semiconductores

Resultados: Los investigadores en el laboratorio de materiales del MIT, el profesor de ciencias Carl V. Thompson hizo crecer densos bosques de nanotubos de carbono cristalino sobre una superficie de metal a temperaturas cercanas a las características de fabricación de chips informáticos. A diferencia de intentos anteriores de hacer lo mismo, la técnica de los investigadores se basa enteramente en un proceso muy común en la industria de semiconductores. Los investigadores también demostraron que el paso crucial en su procedimiento para precalentar el gas de hidrocarburos de la que se forma nanotubos, antes de exponer a la superficie del metal a la misma.

¿Por qué importa?: Los transistores de chips de computadora están tradicionalmente conectados por cables de cobre diminutos. Pero, como el circuito de chips se encoge y los cables se vuelven más delgados, su conductividad sufre y tienen más probabilidades de fracasar. Un proceso de fabricación lo suficientemente sencillo como para permitir que los nanotubos de carbono reemplacen los cables verticales en los chips, permitiendo el embalaje más denso en los circuitos.

¿Cómo lo hicieron?: en una cámara de vacío, los investigadores vaporizan los metales, Tántalo y hierro, que se asentaron en capas sobre una oblea de silicio. Luego se coloca la oblea recubierta con una película en un extremo de un tubo de cuarzo, que se inserta en un horno. Al final de la lámina del tubo, la temperatura del horno fue de 475 grados C, pero en el extremo opuesto, la temperatura es variada. Los investigadores bombean gas de etileno en el tubo por el extremo opuesto de la oblea. Cuando la temperatura a ese fin se acercó a 800 grados, el etileno en descomposición, y el hierro en la oblea catalizó la formación de los nanotubos de carbono.

Próximos pasos: Los investigadores están tratando de determinar si las distintas combinaciones de metales y los gases de hidrocarburos puede reducir la temperatura del catalizador aún más y mejorar la calidad de los nanotubos.

Asignatura: E.E.S
Sección: 1
Saithrhu R. Gonzalez C.

Avance hacia mejores implantes cerebrales con el uso de nanotubos de polímeros conductores

Los científicos de la Universidad de Michigan han creado implantes cerebrales que pueden registrar con más claridad las señales de las neuronas circundantes. Los resultados de este trabajo podrían, eventualmente, llevar a tratamientos más eficaces de los trastornos neurológicos tales como las lesiones de la médula espinal y la parálisis.

Los electrodos neurales deben funcionar por períodos de algunas horas o de varios años. Cuando se implantan los electrodos el cerebro reacciona, primero, a la lesión aguda con una respuesta inflamatoria. Luego el cerebro se acomoda a una respuesta de curación de la herida o crónica.

Es durante esta respuesta secundaria que el tejido cerebral comienza a encapsular el electrodo y le aísla de la comunicación con las neuronas circundantes.

Los nuevos implantes cerebrales desarrollados en la Universidad de Michigan están recubiertos con nanotubos hechos de poli(3,4-etilenodioxitiofeno) (PEDOT), un polímero biocompatible y conductor de electricidad que ha mostrado que registra las señales neurales mejor que los electrodos metálicos convencionales.

Los investigadores encontraron que los tubos PEDOT realzan la actividad de alta calidad de la unidad (una relación de >4 de señal a ruido) en un 30 por ciento más que los sitios no recubiertos. También determinaron que, sobre la base de datos de impedancia in vivo los nanotubos PEDOT podrían usarse como un método novedoso para biosensores que indiquen la transición entre la respuesta aguda y la crónica en el tejido cerebral.
En el experimento los investigadors implantaron dos microelectrodos neurales en los cerebros de tres ratas. Se fabricaron nanotubos PEDOT en la superficie los sitios alternados de registro usando un método de templado de nanofibra. Los investigadores vigilaron en el curso de siete semanas la impedancia eléctrica de los sitios de registro y midieron la calidad de las señales de registro.

Los nanotubos PEDOT en el recubrimiento permiten que los electrodos operen con menos resistencia eléctrica que los actuales sitios de electrodos metálicos, lo cual significa que pueden comunicarse más claramente con neuronas individuales.

"Los polímeros conductores son biocompatibles y tienen conductividad tanto electrónica como iónica", dijo Abidian. "Por lo tanto estos materiales son buenos candidatos para las aplicaciones biomédicas tales como los interfaces neurales, los biosensores y los sistemas de administración de medicamentos".

En los experimentos los investigadores de Michigan aplicaron nanotubos PEDOT al micro electrodos proporcionados por el Centro para la Tecnología de Comunicación Neural, de la Universidad de Michigan. Los recubrimientos de nanotubos PEDOT se desarrollarán en el laboratorio de David C. Martin, con el ahora profesor adjunto de ciencia e ingeniería de materiales, ciencia e ingeniería macromolecular, e ingeniería biomédica. Martin es actualmente titular de la cátedra Kart W. Böer y Director del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Delaware.

Martin es también como fundador y jefe científico de Biotectix, una compañía surgida y separada de la Universidad de Michigan con sede en Ann Arbor. La empresa trabaja en la comercialización de recubrimientos basados en polímeros conductores para una variedad de aparatos e instrumentos biomédicos.

En experimentos anteriores Abidian y sus colegas han demostrado que los nanotubos PEDOT pueden ser portadores de compuestos médicos para impedir la encapsulación.


Asignatura: E.E.S
Sección: 1
Saithrhu R. Gonzalez C.

Una enzima de los glóbulos blancos es capaz de descomponer nanotubos de carbono


Científicos de Irlanda, Suecia y Estados Unidos financiados con fondos comunitarios han realizado un estudio sobre los nanotubos de carbono que demuestra que estas moléculas de extraordinaria resistencia se pueden descomponer en carbono y agua aplicando una enzima que se encuentra en los leucocitos. Este hallazgo, publicado en la revista Nature Nanotechnology, abre la posibilidad de utilizar este nuevo material de forma segura en los ámbitos de la medicina y la industria.

El trabajo forma parte del proyecto NANOMMUNE («Evaluación exhaustiva de los efectos peligrosos de los nanomateriales de diseño en el sistema inmunitario»), financiado con 3,36 millones de euros por medio del tema «Nanociencias, nanotecnologías, materiales y nuevas tecnologías de producción» (NMP) del Séptimo Programa Marco (7PM).

Los nanotubos de carbono son moléculas de carbono artificiales con forma cilíndrica que son más ligeras y resistentes que el acero y que, además, poseen propiedades eléctricas extraordinarias. Se utilizan en varios sectores de la industria, por ejemplo para fabricar chips de silicio, productos electrónicos y artículos para deporte. Los nanotubos de carbono se producen en grandes cantidades, lo cual tiene repercusiones en la salud laboral, y además se utilizan en la fabricación de fármacos novedosos y en diversas aplicaciones médicas. Por todo ello, su comportamiento en los seres vivos constituye un campo científico que despierta gran interés. Los investigadores de NANOMMUNE en concreto se proponen resolver las lagunas que existen en nuestro conocimiento sobre los posibles efectos nocivos de los nanomateriales artificiales en el sistema inmunitario de los seres humanos.

«Estudios anteriores han revelado que los nanotubos de carbono podrían servir para introducir fármacos u otras sustancias en células humanas, explicó el Dr. Bengt Fadeel, del Instituto de Medicina Ambiental del Instituto Karolinska (Suecia). «El problema era que hasta ahora se desconocía el modo de controlar la descomposición de los nanotubos, que puede provocar toxicidad y daños tisulares no deseados. Ahora nuestro estudio muestra el modo de descomponerlos en componentes inocuos por medios biológicos.»

Experimentos realizados recientemente en ratones han demostrado que los animales expuestos a nanotubos de carbono por inhalación o inyección en la cavidad abdominal son incapaces de descomponer este material, lo que les provoca inflamaciones agudas y cambios importantes en los tejidos que provocan problemas pulmonares y, en algunos casos, cáncer. Hay quien compara esta «biopersistencia» a la del asbesto, razón por la que se han realizado numerosos intentos por hallar métodos para eliminar su toxicidad.

Los investigadores del estudio referido examinaron los efectos de una enzima llamada mieloperoxidasa (MPO), característica de los glóbulos blancos (neutrófilos), sobre nanotubos de carbono tanto in vitro como en ratones. Así descubrieron que la enzima tiene la propiedad de descomponer los nanotubos en carbono y agua. Una vez descompuestos, éstos dejan de provocar un efecto inflamatorio en los pulmones de los roedores.

«Esto significa que quizás haya un modo de prevenir el efecto nocivo de los nanotubos de carbono en caso, por ejemplo, de un accidente en una planta de producción», apuntó el Dr. Fadeel. «Nuestros hallazgos también tienen relevancia de cara a posibles usos de los nanotubos de carbono en aplicaciones médicas.»

Los autores opinan que la inflamación pulmonar observada en los ratones expuestos a estos nanotubos podía deberse a las elevadas concentraciones utilizadas, que podrían haber desbordado la capacidad de biodegradación del sistema enzimático neutrófilo.

Estos nuevos datos sobre la biodegradación de este prometedor material mediada por la hMPO preparan el terreno para su utilización en el ámbito biomédico, por ejemplo para la administración de fármacos «siempre que se utilicen en concentraciones apropiadas y fácilmente degradables».

Asignatura: E.E.S
Sección: 1
Saithrhu R. Gonzalez C.

Nanocomputadoras electrónicas químicamente ensambladas (CAEN)

La industria de las computadoras es uno de los sectores en donde el avance en su tecnología implica utilizar materiales cada vez más pequeños. Científicos de Hewlett-Packard han estado desarrollando durante los últimos años computadoras tan pequeñas que cabrían en un grano de arena.Estos científicos han utilizado un Rotaxano para que cumpla la función de Interruptor de las nuevas computadoras, para el encendido y apagado.
La función del Rotaxano consiste en lo siguiente: El Rotaxano está colocado entre 2 cables y permite el paso de la corriente eléctrica. Imaginando a un aventurero en medio de la selva necesitando de un puente para cruzar de un barranco a otro, el Rotaxano cumpliría la función del puente, los barrancos serían los cables y la corriente eléctrica estaría representado por el aventurero. Cuando el Rotaxano está presente, la corriente eléctrica puede pasar, pero al aplicar una reacción eléctrica alrededor del Rotaxano, este desaparece, por lo tanto la corriente no puede pasar del otro lado.Las nuevas generaciones de computadoras serán cada día más pequeñas y llegarán a ser billones de veces más rápidas que las que se usan en la actualidad y más económicas.
Estas nuevas computadoras tendrán el nombre de: Nanocomputadoras electrónicas químicamente ensambladas o CAEN, por sus siglas en inglés (chemically assembled electronic nanocomputers).Este tipo de computadoras nos ayudarán a cumplir funciones que en la actualidad parecen imposibles por ejemplo, incorporarlas a al flujo sanguíneo de las personas para poder identificar las bacterias y así conocer los medicamentos específicos para combatir las infecciones."las computadoras serán tan pequeñas que ni siquiera las notaremos. La computadora no estará solamente en tu reloj de pulsera; estará en las fibras de tu ropa". Esto es algo que Phil Kuekes, un arquitecto de computadoras Hewlett-Packard, nos dice al ser el uno de los investigadores de CAEN.
Asignatura: E.E.S
Seccion: 1
Saithrhu R. Gonzalez C.

MATERIALES NANOCOMPUESTOS PARA FUTURAS ESTRUCTURAS AERONÁUTICAS

Actualmente las nanotecnologías se consideran un aspecto integral de las futuras estructuras aeronáuticas, lo que supone una optimización en términos de materiales y diseño avanzados. Así, estas estructuras requerirán materiales de nueva generación con altas prestaciones, menores costes, robustos y multifuncionales, en el desarrollo de los cuales se prevé un impacto importante de las nanotecnologías.

Los nanomateriales se pueden clasificar en tres grupos según su forma:
· 3D Las tres dimensiones son nanométricas: nanopartículas. Las más comunes son SiO2, SiC, Si3N4, TiO2, Al2O3, ZnO, CaCO3 y BaSO4.
· 2D. Dos de las dimensiones en la nanoescala: nanotubos y nanofibras. Los más atractivos y citados son los nanotubos y las nanofibras de carbono.
· 1D. Solamente una dimensión en la nanoescala: nanoláminas. Las más comunes son los filosilicatos.

El gran interés de los nanomateriales reside en las propiedades únicas que exhiben (interfaciales, mecánicas, térmicas, electrónicas, eléctricas, magnéticas y ópticas), debido a su pequeño tamaño y a su alto grado de perfección. El reto se encuentra, por lo tanto, en trasladar estas propiedades desde la nanoescala a materiales y estructuras en la macroescala.

Con la introducción de estos nuevos materiales en los elementos aeronáuticos de materiales compuestos se pretende mejorar su comportamiento estructural (mayor resistencia al impacto y estabilidad térmica, menor absorción de humedad…) y su funcionalidad (conductividad eléctrica y térmica, resistencia al fuego, dureza superficial…). Esto permitiría eliminar actuales restricciones de los materiales compuestos y con ello un importante ahorro de coste y peso.
En este sentido se ha llevado a cabo un desarrollo experimental de materiales nanocompuestos con dos objetivos fundamentales:
· Aumentar la conductividad eléctrica de las resinas epoxi
· Mejorar las propiedades mecánicas de dichas resinas.

Estas aplicaciones de los nanomateriales se consideran dos de las más prometedoras para las futuras estructuras aeronáuticas de material compuesto. Para el desarrollo de materiales nanocompuestos se ha puesto a punto un proceso de dispersión de nanomateriales en distintas resinas epoxi: resinas convencionales y resinas utilizadas en estructuras aeronáuticas. Asimismo, se han seleccionado los nanomateriales más apropiados para cada aplicación.

En cuanto a la mejora de conductividad eléctrica, los trabajos realizados han demostrado la capacidad de los nanotubos y nanofibras de carbono de aumentar considerablemente la conductividad de las resinas epoxi en varios ordenes de magnitud, superándose el límite de percolación de la resina y obteniéndose lo que se denomina un "material nanocompuesto conductor".

Con respecto a la mejora de propiedades mecánicas, los resultados son prometedores, habiéndose logrado un aumento importante de la tenacidad de la resina (2,5 veces el valor original) con los materiales nanocompuestos desarrollados. Se ha comprobado que estos materiales permitirían superar la restricción convencional de que un aumento de la tenacidad implica un detrimento del modulo, lo cual se puede considerar un avance importante para el uso de materiales nanocompuestos en estructuras aeronáuticas.

Por último, se está trabajando en el crecimiento de nanotubos de carbono sobre fibras de carbono, utilizando la técnica de deposición química en fase vapor (CVD), lo cual supondría un refuerzo considerable de los materiales compuestos en la dirección transversal. Se ha logrado hasta el momento un crecimiento prometedor de nanotubos de carbono sobre tejido de fibra de carbono.
Asignatura: E.E.S
Seccion: 1
Saithrhu R. Gonzalez C.

sábado, 26 de junio de 2010

Hybrid materials for batteries: gels as ionic conductors.

Electrolytes for use in lithium batteries have to be free of Si–OH-functionalities, as otherwise hydrogen forms, which must be strictly avoided. Si–OH-functionalities can be prevented either by choosing appropriate solvents and catalysts during synthesis or by the reaction of remaining Si–OH with tri-substituted alkoxysilanes.

By specific choice of functionalized alkoxysilanes and addition of plasticizers conductivities of up to 1023 S cm21 can be achieved186 while a good mechanical stability is also maintained. These materials are electrochemically stable up to 4.2 V. Prototype battery production based on an up-scaled ORMOCER1 electrolyte separator from Fraunhofer ISC has started at Varta Company.

Recent developments at the Fraunhofer ISC aim at systems which can be applied without adding liquid plasticizers. Such electrolytes will have enhanced dimensional stability. So, very thin electrode foils without further encapsulation measures can be used. Such electrolytes have reached conductivities of about 5 6 1025 S cm21 at room temperature until now. These values are below those for systems containing liquid plasticizers but they are sufficient for only 20 mm thick layers which are achieved in the battery concept. This conductivity in addition to an electrochemical stability of 4.2 V shows the very high potential of this new electrolyte for thin film lithium–polymer batteries (see Fig. 21).

In parallel and in cooperation at LEPMI-INPG, organic– inorganic gels have also been synthesized by interchanging some alkoxy groups of Si(OR)4 precursors with polyethyleneglycol (PEG) chains. The PEG was used to solvate small cations such as lithium, leading to a good ionic conductivity. 181 However the slow hydrolysis of the Si–O–PEG bonds leads to a degradation of such materials. This stability problem can be avoided by using AMINOSILS.181 These compounds were recently synthesized via the hydrolysis and condensation of Si(OR)3R9 precursors (R9 = –(CH2)n–NH2). The nonhydrolyzable alkylamino group can solvate, via the amino group, anions such as CF3SO3 2 rendering free for conduction the associated counter ions (protons). The resulting gels exhibit a rather good protonic conductivity at room temperature (s = 1.4 6 1025 S cm21 for Si(OR)3(CH2)3NH2,(CF3SO3H)0.1 based systems).181,187

Among electrochemical devices, electrochromic displays using transition metal oxides (WO3, TiO2, MnO2, IrO2) as active electrodes can be built by using protonic conductor gels as electrolytes. However, in such acidic conditions and upon electrochromic solicitations the oxide layers are corroded, because the stability of many oxides lies in the 4 to 12 pH range. To overcome this problem, new proton vacancy conducting transparent polymers which work in a higher pH range were developed.183 However when the different components (POE, sulfamide, guanidinium cation) are mixed without covalent bonding between the different phases, the resulting polymer electrolyte is in a metastable amorphous state.

Slow crystallization responsible for a drastic decrease in conductivity occurs in a few month of storage. In order to overcome both acidity and crystallinity problems, new proton vacancy conductors based on anion-grafted ormosils have been synthesized via a sol–gel process. These ionic conductors are based on a three component system: a solvating polymer (a,v-di-(3- ureapropyltriethoxysilane)poly(oxyethylene-co-oxypropylene)), a proton source (3-methanesulfonamidopropyltrimethoxysilane) and a deprotonating agent or proton vacancy inducer (imidazolium cations introduced through 3-(2-imidazolin-1- yl)propyltriethoxysilane, where imidazoline is used as a strong base).183 These materials are obtained by the copolymerization of sulfonamide-containing groups, partially deprotonated, and POE as an internal plasticizer. All organics groups are anchored to trialkoxy silanes which, through hydrolysis and condensation reaction, lead to a silica based backbone. In the presence of a deprotonating agent, conductivity is greatly enhanced, being now solely due to the motion of proton vacancies. The conductivity is 1025 S cm21 at 80 uC.

Asignatura: CRF
Fuente: www.rsc.org/materials Journal of Materials Chemistry

Hybrid materials for dental applications

Inorganic–organic hybrid materials can be used as filling composites in dental applications. As schematized in Fig. 13(a), these composites feature tooth-like properties (appropriate hardness, elasticity and thermal expansion behaviour) and are easy to use by the dentist as they easily penetrate into the cavity and harden quickly under the effect of blue light.

Moreover, these materials feature minimum shrinkage, are non-toxic and sufficiently non-transparent to X-rays. However, the composition of the hybrid material and the chemistry behind it depends strongly on its later application: as filler/particles, as matrix materials, as composites, as glass ionomer cements or as bonding.

Traditional plastic filling composites had long-term adhesion problems and a high degree of polymerisation shrinkage resulting in marginal fissures. The dual character of the ORMOCER1s as inorganic–organic copolymers is the key for improving the properties of filling composites. The organic, reactive monomers are bound in the sol–gel process by the formation of an inorganic network. Thus, in the subsequent curing process, polymerisation takes place with less shrinkage.

Furthermore, abrasion resistance, in particular, is significantly enhanced by the existing inorganic Si–O–Si network. For example, in dental fillers organic functionalities including ring-opening reactions, such as functionalized spyrosilanes, are commonly included in the hybrid network. Other systems are based on multiacrylate silanes, offering a high organic density. In addition, mechanical properties of the composite can be tuned through variation of the spacer between the silicon atom and the reactive functionality. All these possibilities are already taken into account, and most of these hybrids include various fillers in their composition. As examples of available commercial filling composites based on dental ORMOCER1s from Fraunhofer ISC one can appoint ''Definite1'' and ''Admira1'' (Fig. 13(b)). In the case of the Admira1 product, a specifically designed dentineenamel bonding, an adhesive ORMOCER1 developed in cooperation with VOCO GmbH, is used to make this product especially advantageous. In glass ionomer cement based dental composites blue light polymerisable carboxyl functionalised ORMOCER1s have been developed. In this case, the cement forming reaction compensates the shrinkage resulting from organic crosslinking reaction of e.g. methacryl functionality.
Asignatura: CRF
Fuente: www.rsc.org/materials Journal of Materials Chemistry