Applications of Nanocomposite Particles

Applications of Nanocomposite Particles

Several strategies are being pursued for creating nanoparticles containing multipleshell structures (for multifunctionality), with each shell composed of different materials.Template-based approaches are effective in this situation, for which an inner removabletemplate particle (silica, polymer beads) can be used to coat shells of othermaterials (e.g., a metal) via multi-step colloidal or vapor-phase assembly and can laterbe easily removed to create empty shells. These could even be filled with differentmaterials to produce multiple-shell composites [142]. Creating uniform coatings onparticle templates by colloidal self-assembly is based on the concept of self-assembledorganic molecular species. The two ends of the molecules to be joined have specificfunctional groups (e.g.. thiols, amines, carboxylic groups) that can be targeted for specificinteractions with the template and the clusters that are used to make the coatings.Uniform, dense packing of the molecules around the templates leads to close packing

of the clusters that form a porous but space-filled shell around the template (Figure). Noninteracting metal-coated magnetic particles (SiO2/Au, Fe3O4/Au, NiO/Co,etc.) or coated semiconducting particles (PbS/CdS) are examples of such composite particle structures.
These structures can have applications in magnetic recording, as multilayered catalyst materials, or in drug delivery. In such applications of drug delivery systems [143], for which a biocompatible outer layer and a drug-containing inner core are necessary, the multilayered particle approach will be crucial. As an alternative
to colloidal templating, structures such as PbS-coated CdS nanocomposite particles (a few nanometers in diameter) may be synthesized by ion displacement in inverse microemulsions and could be useful in nonlinear optical applications. The observed large refractive nonlinearity in these nanocomposite particles may be attributed to the optical Stark effect and to strong interfacial and internanoparticle interactions.
Asignatura: E.E.S
Saithrhu R. Gonzalez C.

Elemental and Chemical Composition of Organic/Inorganic Nanostructures

Elemental and Chemical Composition of Organic/Inorganic Nanostructures

Experimental Methods of Composition Study

All traditional methods of elemental and chemical composition study, such as XPS,Auger spectroscopy, Raman spectroscopy, and Furrier Transformed Infrared Spectroscopy(FTIR), were adopted for nanostructural materials [11, 17, 46]. Electronspectroscopy is based upon two schemes of interaction of either high-energy electronsor X-rays with electrons on core atomic levels (see Figure 3.16).In the first case [Figure 3.16(a)], an incident high energy electron beam maycause secondary electron emission from one of the core levels. The vacancy is immediatelyfilled with an electron from the higher level, and results in either the emissionof an electromagnetic wave in the X-ray spectral region (1), or the energy transfer toanother electron and its subsequent emission (2). The second event is called theAuger process. Both processes are exploited for the elemental analysis of thematerial [47].The spectrum of emitted X-rays provides a crude elemental analysis calledenergy dispersion X-ray (EDX) analysis. This technique goes along with standardSEM, and requires an additional X-ray detector. The accuracy of this method is notgreat, but it is sufficient to get a general idea of the material’s elemental compositionand stoicheometry. Another advantage of this technique, combined with electron

beam scanning, is the possibility of mapping the material by plotting twodimensionalimages formed by different elements. Similar information can beobtained with Auger electron spectroscopy (AES).The method of XPS, which is based on the registration of electron spectra emittedfrom core atomic levels as a result of X-ray irradiation gives amore accurate information on the material’s composition. The resolution of thespectra of secondary electrons emitted from the atomic levels is in the range of fractionsof electron volts, which is enough to distinguish between different chemicalforms of the same elements.Another excellent technique for chemical analysis is infrared spectroscopy (IR),which is based upon the registration of characteristic spectra of molecularvibrations in the materials. Such spectra can be measured with either conventionalIR, FTIR spectroscopy, or Raman spectroscopy. The latter is based on the registrationof vibration spectra excited by a powerful laser in the visible spectral range.Raman spectral shift between the main excitation line and coupled vibrationfrequencies is the characteristic parameter for the recognition of molecularvibrations. An extensive database exists for vibration frequencies of differentelements in different materials, which allows researchers to find chemical compositionfairy easily

Examples of Composition Study of Materials Prepared by Chemical Routes

Typical EDS graphs of sol-gel TiO2 films, as shown in Figure 3.17(a), demonstrate
the presence of titanium and oxygen; however, it is difficult to establish the stoichiometry
due to the interference of SiO2 and other oxides existing in the sol-gel film, as
well as in the glass substrates [35]. Glass is a complex compound, containing a
number of different elements (Si, Na, K, Mg, and Ca), as can be judged from EDS
data. TiO2 films deposited by sputtering on silicon wafers yield much more defined
spectra [see Figure 3.17(b)], practically without impurities, other than from silicon
coming from the substrate.
XPS confirmed the formation of the PbS phase in thin films of lead phthalocyanine
(PbPc) after exposure to H2S gas [49]. The XPS peaks of both Pb-4f and S-2p in
Figure 3.18(a) show a complex chemical composition of the material.

Control of Impurities in Chemically Deposited Nanostructures
The problem of the registration and control of low concentrations of impurities (onthe level of parts per million, or parts per billion) in organic materials is of highimportance. Since organic materials have become increasingly popular in nanoelectronicdevice applications, their purity must be comparable to that in inorganicmaterials. Unfortunately, this is not always the case. Even the use of high puritygrade (99.99 or 10−4) chemicals during the formation of nanostructures (e.g., nanoparticles,layered structures, or thin films) does not match the grade of semiconductormaterials in microelectronics, which is typically of 10−6 and higher. That explainswhy materials produced by chemical routes vary in their properties so much. Itrecalls, to a large extent, the situation in semiconductor material technology in1950s and 1960s, when the same types of materials produced in different laboratoriesshowed absolutely different electrical properties. Organic materials technologyis, however, progressing much faster because of great experience in materialsscience, advanced analytical techniques, and technologies of materials processingnow available.The importance of purity control of nanostructured materials has been recognized,and the research in this direction is constantly growing. It includes a number
the resolution limit of Auger and X-photoelectron spectroscopy, and of optical (luminescence)methods [46, 47]. An obvious conclusion is to deploy electrical methodsfor impurity control in nanostructured materials, particularly in nanoparticles. Electricalmethods may also be useful in monitoring the density of surface states, whichplay a significant role in the electrical properties of semiconductor nanoparticles.
Asignatura: E.E.S
Saithrhu R. Gonzalez C.

Inorganic Nanocomposites for Optical Applications

Inorganic Nanocomposites for Optical Applications

Nonlinear optical effects, such as nonlinear optical absorption and second- and thirdorderoptical nonlinearities, can be used to make optical limiters, optical modulators,etc. Although many organic materials have high optical absorption and nonlinearity,their thermal and optical stabilities are poor. Often, it helps to create hybrids or composites(organic/inorganic, inorganic/inorganic) that have acceptable optical propertiesand stability. Quantum-confined nanoparticles have been extensively used in thefabrication of such composites because of their novel optical and electronic properties.The organic-matrix nanocomposites for optical applications are described in chapter 2,which briefly discusses some of the organic materials that contain dispersed nanoparticlesin various hosts.Recent advances in controlling the fabrication and dispersion of semiconductornanoparticles in polymer and ceramic matrices have suggested possible uses forsuch nanocomposites in optical applications. A good example of an optically functionalceramic nanocomposite is GaAs nanocrystals embedded in SiO2 matrix. Theinterest in the novel optical properties of semiconductor nanocrystals [144] has resultedin strategies to package them as nanocomposites. A variety of techniques,such as colloidal synthesis, self-assembly, and electrochemistry, can be used to producethe semiconductor nanoparticles; however, ion coimplantation (Ga+, As+) is anefficient way of creating well-dispersed nanocomposite materials (e.g., GaAs/SiO2)[145]. Typically, the ions are implanted at fluxes of 1016 cm-2 into 100 nm silica filmson Si substrates and annealed at appropriate temperatures to create nanocrystals ofGaAs (several nanometers in size) in the matrix (Figure 1.27).



Photoluminescencestudies show an efficient, broad luminescence band in the visible and near-infraredspectral regions due to quantum confinement in GaAs nanocrystals and defect statesin SiO2.Nanoparticles in matrices have interesting photoluminescence properties, due tothe effects of quantum confinement on their optical properties. Indirect band semiconductorssuch as Si and Ge have very poor luminescence efficiency (hence, efficient46 1 Bulk Metal and Ceramics Nanocompositeslight emitters cannot be fabricated directly from them), because the band center transitionis optically forbidden. But, by making the particle sizes smaller than the excitonBohr radius (4.9 nm for Si, 24.3 nm for Ge), the resulting confinement produces anincrease in oscillator strength, shifting the luminescence to higher energies; this allowstailoring novel optical materials, which are otherwise impossible. To take fulladvantage of the particle size effect, the particles must be separated, and the best possibleway of accomplishing this is to disperse the particles in a matrix. Understandingand minimizing the interaction of the host matrix and the particles that create interfacestates are crucial to many of the optical applications. Embedding nanoparticles in differentmatrices and studying the optical properties provides a way to decipher interfaceeffects.



Ge quantum dots have been studied in various hosts, and one way to minimizehost interaction is to embed them in oxygen-free environments, such as AlN; AlN/Gemultilayer structures deposited by pulsed-laser deposition show a blue-shifted photoluminescencepeak [146]. Similarly, indium oxide (InO) nanoparticles dispersed (bysolvent-phase impregnation) within the pores of mesoporous silica (prepared by sol–gel technique) show multiple photoluminescence peaks related to the size and structureof the particles [147]. Amorphous InO particles (<6>


The problemwith porous Si is the structural nonuniformity, lack of reproducibility in emissionand aging, and environmental degradation problems. Incorporating light-emittingSi structures in a matrix that is chemically inert and has a wide band gap suitablefor quantum confinement can overcome this problem. Nanocomposites of Si nanoparticles( 5 nm) embedded in polycrystalline diamond matrix have been preparedFig. 1.27 Transmission electron micrograph, left,GaAs nanocrystals embedded inside SiO2 glassmatrix. Sequential ion implantation followed bythermal annealing was used to form GaAs nanocrystalsin SiO2 films. Right, efficient, broadphotoluminescence band observed in the red andnear infrared spectral regions. The efficient luminescenceis attributed to both quantum confinementstates in GaAs nanocrystals and defects inSiO2.



(Source [145] used with permission)1.9 Inorganic Nanocomposites for Optical Applications 47and studied. The room temperature photoluminescence behavior of such materials inthe 1.6–2.5 eV range shows a strong increase in emission efficiency from the Si nanostructures.








The studies conducted on this nanocomposite reveal that selecting thesize of the embedded Si particles makes it possible to tune the luminescence frequencyin the yellow–green spectral region.Nanocomposites of nanosized metal particles in transparent dielectrics can also beapplied as nonlinear optical materials in photonic devices. These materials are characterizedby large third-order optical nonlinearity (v3) and fast response times, whichare important for device applications such as optical computing, real time holography,and phase conjugators. To incorporate metal nanoparticles into dielectrics, severaltechniques such as ion implantation, sol–gel techniques, and sputtering can be employed.It is even possible to prepare graded layers of metal nanoparticle distributions(with different particle sizes and interparticle separations) by implantation, and thesestructures can be carefully tailored to produce interacting and noninteracting nanoparticlelayers that produce different optical response in the plasma resonance frequencies.


Several of these composite systems have been studied, for example, Au/SiO2, Ag/SiO2, Au/Al2O3, Au/TiO2 with metal concentrations varying from 15%–60%, for nonlinearity and plasma resonance frequency shifts. High values of susceptibilities(v3 6 10-7 esu, compared to low values of 10-12–10-11 esu for glass) havebeen reported for composites containing an optimized fraction of the metal component[148, 149]. Groups II–VI semiconducting nanocrystals (e.g., CdS) prepared inglass hosts have been studied in great detail, because of their large optical nonlinearresponse and small carrier lifetimes. Enhancement of carrier recombination rates isobserved in nanocrystals with large surface-to-volume ratios, and the enhancementresults from increases in the density of surface states and fast surface recombinationand capture due to multiphoton emission. Surface recombination in nanocrystals embeddedin glass matrices exhibits thermally activated nonradiative recombination,which is enhanced at reduced particle size.


The semiconductor/glass interfaces inthe composites may give rise to deep traps responsible for photoactive phenomena.In recent years, nanoparticles have been used to make transparent nanocompositestructures having high refractive indices. Polymers containing inorganic particles in arange of 1–100 nm (nanocomposites) are interesting in this regard. In contrast tocomposites having particles in the micron size range, nanocomposites do not scatterlight and are interesting for optical applications. Preparation of nanocomposites withrefractive indices over the entire range of 3, which is by far the lowest andhighest ever achieved for a polymer composite, has been possible. Transparent polymericmaterials can be coated with surface layers ( 100 nm thick) of UV-absorbingnanocomposites to inhibit degradation of the polymer by UV light [150]. High-refractive-index transparent materials are mainly used for improving the optical couplingefficiencies in photonic devices.


The refractive indices of polymers vary between1.3 and 1.7, those for inorganic semiconductors vary between 2 and 5, and forhigh bandgap semiconductors this value is <3.>

Asignatura: E.E.S

Saithrhu R. Gonzalez C.

Nanocristales utilizados para crear el mejor aislante del mundo

 Nanocristales utilizados para crear el mejor aislante del mundo

Conseguir un alto nivel de protección en aislantes no es un problema planteado sólo para los viajeros del espacio, sino también para las personas en su vida cotidiana. Uno de los mejores aislantes conocidos hasta ahora, el revestimiento de vacío, ayudan a mantener el café o la sopa caliente en el termo que utilizas comúnmente. Sin embargo recientemente, un equipo de ingenieros han descubierto que las capas de cristales fotónicos dentro de un revestimiento de vacío puede incluso prevenir la pérdida de calor desde la radiación infrarroja invisible.El calor normalmente viaja a través de métodos tales como la convección y conducción, los cuales requieren de un material medio, que carece de vacío convenientemente. Pero el calor también puede transferirse a través de la radiación infrarroja, de tal modo que podría traspasar sin dificultad un revestimiento de vacío hasta alcanzar la parte externa de un termo por ejemplo.

Ingenieros de la Universidad de Stanford, comenzaron a preguntarse si podrían crear un mejor aislante natural superando a cualquiera de los existentes, y finalmente después de un largo período de investigaciones, descubrieron que a través de los cristales fotónicos era posible alcanzar la hazaña. Los cristales de este tipo existen en la naturaleza y pueden producirse en el laboratorio sin problemas. Concretamente se componen de diminutas nanoestructuras que afectan a cómo la luz pasa a través de ellos. Pueden incluso configurarse para bloquear ciertos rangos de frecuencias de la luz, incluida la radiación infrarroja.

Los ingenieros desarrollaron el primer prototipo de aislante mediante la agrupación de 10 capas de cristales fotónicos en una pequeña estructura con un grosor de 100 micras. Para hacernos una idea de su tamaño, tengamos en cuenta que 1.000 micras constituyen tan solo un milímetro. Las pruebas con el nuevo aislante puso de manifiesto que la transferencia de calor no se basa en el espesor de la capa, sino tan sólo en la rapidez con la que la luz pueda viajar a través del material en concreto.

El equipo de investigación espera que los cristales fotónicos puedan ahora encontrar un empleo más allá de las comunicaciones y aplicaciones informáticas, como por ejemplo en los sistemas de energía solar térmica que tratan de capturar el calor del sol para su utilización como fuente de energía, ya que los cristales fotónicos podrían permitir que la luz visible al pasar atrape el calor en el interior.
Asignatura: E.E.S
Saithrhu R. Gonzalez C.

Estimaciones de nanopartículas en el medio ambiente

   

Estimaciones de nanopartículas en el medio ambiente

Sin saber qué cantidad de producto químico industrial se produce, es casi imposible para los científicos determinar si realmente plantean una amenaza para el medio ambiente o la salud humana. Por ello, un grupo de ingenieros civiles en la Universidad de Duke han descubierto una nueva forma de calcular la cantidad de nanopartículas que se genera (como el dióxido de titanio), por lo que se establecen las bases para futuros estudios en la evaluación de los posibles riesgos.

Esta información es especialmente valiosa si los productos químicos se encuentran en forma de nano-partículas, las cuales poseen unas propiedades únicas debido a su minúsculo tamaño. Las nanopartículas son atractivas para una amplia gama de productos, sin embargo poco se conoce sobre sus consecuencias en el medio ambiente. Uno de los más utilizados es la forma de nanopartículas del dióxido de titanio, que puede encontrarse en diversos productos desde cremas, pasta de dientes a pinturas o papel, incluso se emplea en el tratamiento del agua.

"El mayor problema al que nos enfrentamos al tratar de determinar los riesgos de las nanopartículas de dióxido de titanio es que nadie sabe realmente cuánto hay de este en el ambiente", decía Christine Robichaud, estudiante graduado en Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad de Duke. Los resultados de su análisis fueron publicados en la edición americana de la revista Environmental Science and Technology.
Robichaud consideró especialmente difícil tratar de reunir todos esos datos, ya que las empresas que utilizan en sus procesos de fabricación el dióxido de titanio no están dispuestos a revelar esa información. Así que utilizó un nuevo enfoque desarrollado por los colaboradores Lynne Zucker y Michael Darby de la Universidad de California en Los Angeles para estimar la tasa de innovación en la industria de la biotecnología. "Hemos combinado la ciencia y la ingeniería del conocimiento con las empresas y los modelos económicos para llegar a lo que creemos que es la máxima cantidad de partículas de dióxido de titanio", comentaban los investigadores.

Sobre la base de sus cálculos, el equipo de ingenieros encontró que la producción de nanopartículas de dióxido de titanio fue insignificante en 2002, aumentando en alrededor del 2,5 por ciento de la cantidad total de dióxido de titanio producido hoy en día. Para 2015, la producción de nanopartículas se estima en alrededor del 10 por ciento del total, a medida que más empresas evolucionen a tecnologías más novedosas. En el marco del escenario más agresivo, prácticamente todo el dióxido de titanio en los EE.UU. sumaría alrededor de 2,5 millones de toneladas métricas en forma de nanopartículas para el año 2025, según la conclusión de los ingenieros.

"Saber la cantidad de este material es importante para conocer la probabilidad de daños y consecuencias hasta ahora desconocidas que pueden causar al medio ambiente y a los seres humanos", decía Mark Wiesner, profesor de ingeniería civil en la Universidad de Duke y miembro superior del equipo de investigación. También dirige el Centro de fondos federales para las implicaciones ambientales de la nanotecnología (CEINT).
Ahora que los investigadores tienen una mejor idea de cómo gran parte de estos nanomateriales podrían producirse en los próximos años, van a centrarse en tipos específicos de productos. "Queremos tener una mejor idea de cuando en el proceso de estas nanopartículas podrían ser liberadas en el aire, el agua o el suelo", decía Robichaud. "Podría ser durante la extracción minera, durante la producción de las nanopartículas, la fabricación del producto específico utilizando las nanopartículas, el uso del producto, o en su eliminación definitiva".

Asignatura: E.E.S

Saithrhu R. Gonzalez C.

Aplicación de nuevos nanomateriales en plásticos

Aplicación de nuevos nanomateriales en plásticos

Los ingenieros de la Universidad Estatal de Michigan, en Estados Unidos, han desarrollado un nuevo nanomaterial que hace al plástico más rígido, ligero y fuerte, resultando una solución más económica de cara al ahorro en los costos de mantenimiento y fabricación de aviones y automóviles, así como de equipamiento médico y deportivo más duradero.

El material XGnP (NanoPlaquetas Exfoliadas de Grafito) será el instrumento para el desarrollo de nuevas y más amplias aplicaciones en la industria aeroespacial, de automoción y la industria del envasado, según comentaba Lawrence Drzal, profesor de Ingeniería Química y Ciencia de los Materiales en la Universidad Estatal de Michigan.

El profesor Drzal dirigió al grupo de investigación que ha desarrollado este producto, quién considera desde un punto de vista práctico, que este material de bajo costo tiene un conjunto único de características físicas, químicas y atributos morfológicos, dando como resultado un material a nanoescala, que es eléctricamente y térmicamente conductor, reduciendo la inflamabilidad y las propiedades de barrera.
El grafito de nanopartículas están siendo fabricados en la actualidad por XG Sciences Inc, empresa situada en Michigan, que tiene acceso a los derechos sobre la propiedad intelectual en la Universidad, por lo que cuenta con una licencia exclusiva para la fabricación del producto.

El XGnP puede ser utilizado como un aditivo para plásticos o de sí mismo pudiendo hacer un cambio transformacional en el desempeño de muchos dispositivos de electrónica avanzada. La clave para este nuevo material es la capacidad de una forma rápida y poco costosa en su proceso para separar las capas de grafito (grafeno) en pilas de menos de 10 nanómetros de grosor, pero con dimensiones en su parte lateral de 500 nm a decenas de micras, junto con la capacidad para adaptar la superficie de partículas químicas para hacerla compatible con el agua, resina o plástico.

Funcionalidades del XGnP:

◦Podría ser usado para hacer más ligeras las piezas de aeronaves y automóviles, turbinas de viento más fuertes, implantes médicos y equipamiento deportivo.◦Es un buen conductor eléctrico, muy atractivo para las baterías de iones de litio, pudiendo ser utilizado para hacer recubrimientos transparentes conductores para células solares y pantallas.◦Puede hacer los tanques de gasolina ligeros, reducir las fugas, y mejorar el precintado de plásticos para mantener los alimentos frescos durante semanas.Como nos comentaba el profesor Drzal; "Ahora que sabemos cómo hacer este material y la forma de modificarlo para que pueda ser utilizado en plásticos, nuestra atención está dirigida a las aplicaciones del alto rendimiento en las que podemos realmente hacer algunos cambios sustanciales en el camino de la electrónica. Las pilas de combustible, baterías y células solares podrían realizarse como resultado del uso de este material".
"Como ingeniero de investigación tenemos en cuenta la comprensión no sólo de los fundamentos de cómo funcionan las cosas, sino también de la elaboración de soluciones para resolver los importantes problemas a los que se enfrenta el mundo en el que vivimos", decía Drzal.

Asignatura: E.E.S

Saithrhu R. gonzalez C.

Descubren nueva forma de estudiar nanoestructuras

Descubren nueva forma de estudiar nanoestructuras

El efecto Josephson se refiere al trabajo que Brian Josephson publicó en 1962 con relación al flujo de una corriente eléctrica entre superconductores. En este trabajo, por el que compartió un Premio Nobel en 1973, Josephson predijo que cuando se mantuviera una diferencia de voltaje constante entre dos superconductores débilmente unidos, separados por una delgada barrera aislante (un arreglo ahora conocido como Unión de Josephson), fluiría una corriente eléctrica alterna a través de la unión. La frecuencia de las oscilaciones de la corriente está directamente relacionada con el voltaje aplicado.

Estas predicciones fueron totalmente confirmadas por un inmenso número de experimentos, y el voltio estándar se define ahora en términos de la frecuencia de la corriente alterna de Josephson. El efecto Josephson tiene numerosas aplicaciones en la física, la computación y las tecnologías de los sensores. Puede ser utilizado para la detección con sensibilidad extraordinariamente alta de la radiación electromagnética, los campos magnéticos muy débiles y en los bits de la computación cuántica en superconductores.
El físico experimental Alexei Marchenkov y el teórico Uzi Landman del Tecnológico de Georgia han descubierto ahora que el efecto Josephson puede emplearse para detectar el movimiento mecánico de los átomos colocados en la unión de Josephson.

La perspectiva de poder explorar y quizás utilizar fenómenos de la escala atómica usando este efecto, resulta muy prometedora.
Recomienda esta página El efecto Josephson puede emplearse para detectar el movimiento mecánico de los átomos colocados en la unión de Josephson.

Marchenkov y Landman planean continuar explorando los efectos oscilatorios en las uniones de enlaces débiles, empleando la información obtenida a través de estos estudios para determinar las características oscilatorias, los arreglos atómicos y los mecanismos de transporte en nanoestructuras metálicas, orgánicas y biomoleculares.
Uno de sus objetivos es el desarrollo de dispositivos y metodologías para sensores que se aprovechen de las peculiaridades desveladas con esta nueva investigación.

Asignatura: E.E.S

Saithrhu R. Gonzalez C.

Nanocompuesto polimérico

Nanocompuesto polimérico

Un nanocompuesto polimérico es un material caracterizado por la dispersión homogénea de partículas de relleno de dimensiones nanométricas en el interior de una matriz polimérica. Como relleno se usan por lo general nanopartículas de silicato y metálicas.

En los polímeros compuestos de tipo convencional (es decir, a los cuales se ha agregado un componente inorgánico no nanoestructurado, por ejemplo los plásticos reforzados con fibra de vidrio) hay una separación neta a nivel macroscópico entre las fases orgánica e inorgánica, lo que representa una limitación al mejoramiento de los materiales poliméricos; la ventaja de los nanocompuestos polímero/filosilicato es que permiten superar dicho límite, mejorando las características mecánicas y térmicas y la permeabilidad del mismo polímero, con el agregado de cantidades mínimas (del orden del 5%) de silicatos.

Es importante subrayar que tales mejoras no van en detrimento del color, de la procesabilidad ni de la densidad aparente.

Este tipo de materiales están teniendo amplia aplicación, sobre todo en el campo de los envases para alimentos, por su propiedad de barrera a la penetración de los gases, de hasta cinco a quince veces mayor que la del polímero puro y de polímeros cargados que a menudo contienen hasta un 20 - 30% de material silíceo (mica, talco o carbonato de calcio). Por otra parte, los nanocompuestos de silicato/polímero presentan también un poder de retardo de llama mejorado; los ensayos muestran que el pico de velocidad de la emisión de calor, que es una medida de la inflamabilidad del material, en el caso de un nanocompuesto llega a ser del 60 al 80% más bajo que el de un polímero puro. Al mismo tiempo, las propiedades mecánicas exhiben mejoras significativas, como mayor tenacidad y resistencia a la abrasión.

Asignatura: E.E.S

Saithrhu R. Gonzalez C.

Nuevo proceso de fabricación de un nanocompuesto mejora los condensadores

Nuevo proceso de fabricación de un nanocompuesto mejora los condensadores

Debido a sus elevadas propiedades dieléctricas, el titanato de bario ha sido objeto de interés por mucho tiempo para su empleo en los condensadores, pero hasta hace muy poco los científicos habían sido incapaces de producir una buena dispersión del material dentro de una matriz de polímero.
Usando ácidos diseñados especialmente para encapsular y modificar la superficie de las nanopartículas, investigadores del Centro para la Fotónica y la Electrónica Orgánicas, del Instituto Tecnológico de Georgia, pudieron superar el problema de la dispersión de partículas que obstaculizaba la creación de un nanocompuesto uniforme.

Los nuevos materiales nanocompuestos han sido probados a frecuencias de hasta un megahercio, y, según los investigadores, es plausible que funcionen a frecuencias aún más altas. Aunque los nuevos materiales podrían tener aplicaciones comerciales sin otras mejoras, su contribución más importante puede ser la de haber demostrado la eficacia de la nueva técnica de encapsulado con la que los han hecho. Dicha técnica podría tener amplias aplicaciones en otros materiales nanocompuestos.
Debido a su propiedad de almacenar y descargar rápidamente la energía eléctrica, los condensadores se utilizan en una amplia variedad de productos cotidianos, como los ordenadores y los teléfonos móviles. Y, debido a la creciente demanda para energizar vehículos y otros nuevos equipos con electricidad, también tienen aplicaciones importantes en esos campos.

Aunque los nuevos materiales ya pueden ofrecer suficiente ventajas para justificar su comercialización, los investigadores creen que existen posibilidades de mejorar su funcionamiento. También quieren variar algunos aspectos de la producción para hacer muestras más grandes con las que experimentar (hasta ahora, han sido producidas en películas de cinco por ocho centímetros aproximadamente), y ponerlas a disposición de otros investigadores que quieran desarrollar aplicaciones adicionales.
Los investigadores están trabajando ahora en el empleo de estos nuevos nanocompuestos en transistores de películas delgadas orgánicas, en los cuales se utilizan técnicas basadas en disoluciones para fabricar componentes electrónicos baratos.

Más allá de los condensadores, hay muchas áreas donde el nuevo material puede ser útil. Entre las aplicaciones potenciales, figuran ciertos transistores, pantallas y otros aparatos electrónicos. Con este nuevo material resulta posible lograr una capa altamente dieléctrica que puede incorporarse en esos dispositivos.

Asignatura: E.E.S

Saithrhu R. Gonzalez C.

Estructuras hibridas que combinan la fuerza de nanotubos de carbono y nanocables

Estructuras hibridas que combinan la fuerza de nanotubos de carbono y nanocables

La impresionante conductividad de los nanotubos de carbono les convierte en materiales prometedores para una amplia variedad de aplicaciones electrónicas, pero encontrar técnicas para fijar los nanotubos individuales a los contactos de metal ha demostrado ser un desafío. El nuevo método empleado por los investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer permite precisamente esto, ofreciendo una solución práctica al problema del empleo de los nanotubos de carbono como dispositivos de interconexión y en los chips de ordenador.

Como los diseñadores de chips buscan continuamente incrementar la potencia de computación, su objetivo pasa por la disminución de las dimensiones de los componentes de los chips hasta la escala nanométrica. Los nanotubos de carbono y los nanocables, que empezaron a estar disponibles en los años noventa, son candidatos prometedores para actuar como conexiones en esta escala porque ambos poseen interesantes propiedades.

Por ejemplo, los nanotubos de carbono muestran una resistencia mecánica asombrosa y son excelentes conductores de la electricidad, con la capacidad de producir interconexiones muchas veces más rápidas que las actuales basadas en el cobre. Los nanocables de oro también tienen propiedades ópticas y eléctricas muy interesantes y son compatibles con las aplicaciones biológicas.
Con el fin de aprovecharse de lleno de estos materiales, los investigadores prueban la idea de combinarlos para obtener una nueva generación de nanomateriales híbridos. Esta estrategia es un buen método para unir las fuerzas de ambos materiales.

Los nanocables de metal en esta técnica son fabricados usando una plantilla de alúmina que puede diseñarse para tener el tamaño de sus poros en el rango nanométrico. Los cables de cobre o de oro se depositan dentro de esos poros, y todo el conjunto es puesto en un horno donde está presente un compuesto rico en carbono. Cuando el horno se calienta a altas temperaturas, los átomos de carbono se autocolocan a lo largo de la pared de la plantilla y los nanotubos de carbono crecen directamente sobre los cables de cobre.

Es una técnica muy fácil, y podría aplicarse a muchos otros materiales. El aspecto más interesante es que permite manipular y controlar las uniones entre los nanotubos y los nanocables sobre longitudes de varios cientos de micras. Las plantillas de alúmina ya se fabrican en serie para su utilización en la industria de los filtros, y la técnica puede adaptarse fácilmente para otros usos.

Asignatura: E.E.S

Saithrhu R. Gonzalez C.