aplicaciones industriales de ceramicos a nanoescala

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INSTITUTOTECNOLÓGICO DE

TIJUANAIngeniería en Nanotecnología

Ciencia e Ingeniería de Materiales

“Aplicaciones industriales de materialescerámicos a nanoescala”

Alumna: Huerta Guerra Verónica Jazmín. No. De control: 10211073.

Tijuana, B. C. a lunes 09 de mayo del 2010

ÍNDICE



I. La nanotecnología y su aplicación en la industria

II. Industria de biotecnología

a) Detección de bacterias mediante nanopartículas bioconjugadas

b) Membranas nanoporosas de alúmina (I + D)

III. Industria aeroespacial

a) Recubrimiento para componentes sometidos a altas

temperaturas de operación

b) Materiales cerámicos cristalinos transparentes

IV. Industria cosmética

a) Cremas solares

b) Lentes de contacto de colores

V. El papel que desempeña la nanotecnología



LA NANOTECNOLOGÍA Y SU APLICACIÓN EN LA

INDUSTRIA

La nanotecnología abarca una gran cantidad de disciplinas que en conjunto,

facilitan el estudio de materiales, partículas y estructuras, los cuales presentan

elementos que se encuentran por debajo de los 100 nm de dimensión espacial.

Estos “nanomateriales”, frecuentemente muestran propiedades diferentes a los

materiales tradicionales, sin importar que contengan una composición química

similar.

A pesar de que la nanotecnología se encuentra en sus inicios actualmente, ya es

posible asegurar que se convertirá en una revolución industrial en este siglo, así

como ocurrió con la biotecnología y la electrónica durante el siglo XX.

Gracias a estos avances, se predice que la nanoelectrónica, abrirá un sinfín de

posibilidades con respecto a ordenadores, teléfonos, automóviles,

electrodomésticos, entre otros.

En tanto a la nanobiotecnología, innovara de forma inimaginable el campo de la

medicina principalmente, ya que actualmente, novedosos sistemas de

administración de medicinas se encuentran en desarrollo al igual que se ha

logrado insertar partículas en el interior de células cancerígenas para que

puedan ser tratadas.

Por otra parte, el área de producción y almacenamiento de energía se vera

beneficiado al desarrollarse, nuevas pilas de combustible o sólidos ligeros con

estructura manométrica que podrán almacenar de forma exitosa el hidrogeno.



Hoy en día, existen numerosos productos en el mercado, los cuales se han

desarrollado a base de la nanotecnología. Por lo cual, es evidente que las

empresas deben mantenerse a la vanguardia en cuestión del uso de la

tecnología, entre otras cuestiones. Dicho motivo de constante innovación, ha

propiciado que las distintas industrias existentes como la médica, espacial, textil,cosmética, entre otras, se vean obligadas a comercializar productos con este

tipo de tecnología.

A continuación se presentan algunos ejemplos de materiales cerámicos

nanoestructurados, que se encuentran en desarrollo y aplicación en distintas

industrias.

INDUSTRIA DE BIOTECNOLOGÍA

• Detección de bacterias mediante nanoparticulas bioconjugadas

Ante los métodos habituales que unen una molécula

fluorescente a un anticuerpo, el nuevo procedimiento

fundamentado en nanotecnología, concede la

incorporación de un anticuerpo con numerosas

moléculas que hacen posible la creación de una señal

bastante fuerte, permitiendo así conseguir la imagen.

La base de esta tecnología, radica en la unión de materiales bioconjugados

formados por nanopartículas y anticuerpos de millares de moléculas

fluorescentes, que al permanecer anexas a las bacterias, se obtiene una imagen

muy clara, que es posible observar a pesar de ser solo una bacteria.

La sílice, es un gel constituido de partículas fluorescentes envueltas en una

corteza ligera, que se usa para la creación de las nanopartículas bioconjugadas.

A esto se le agrega ortosilicato tetraetilo e hidróxido de amonio, gracias a lo cual



se producen nanopartículas de una dimensión de 60 nm, que contienen una

gran cantidad de moléculas. Por ultimo, se forma la combinación entre un

anticuerpo y una nanopartícula, lo cual produce un material bioconjugado que

tiene la habilidad de localizar a numerosas bacterias, en la muestra en la que se

elija examinar. Ya que se encuentra junto a la bacteria, esta es identificablegracias a la potencia de la señal fluorescente manifestada por las

nanopartículas.

• Membranas nanoporosas de alúmina (I + D)

La dimensión y repartición de los poros que se forman en

una capa de alúmina cuando el anodizado de aluminio se

somete a ciertos medios ácidos, puede manipularse conlos estados experimentales de dicho anodizado. Gracias a

esto existe la posibilidad de conseguir diferentes

revestimientos de alúmina nanoporosas con poros organizados y de magnitud

semejante. Después, dichos revestimientos se disocian del aluminio para

adquirir membranas nanoporosas.

Se deberían considerar algunos detalles importantes:

a) Un procedimiento electroquímico previo de la superficie de aluminio.

b) La dimensión y organización de los nanoporos en la alúmina, con

respecto a las circunstancias del anodizado.

c) La disociación de de la capa de alúmina nanoporosas del aluminio no

anodizado.

d) La exclusión de la capa barrera para conseguir la membrana.

INDUSTRIA AEROESPACIAL

•Recubrimiento para componentes sometidos a altas temperaturas

de operación

Actualmente, uno de los desafíos primordiales de la

industria aeroespacial, reside en crear revestimientos

novedosos que concedan extender la vide de



componentes sometidos a la abrasión y el desgaste, y reducir su impacto en el

medio ambiente.

El empleo de materiales cerámicos nanoestructurados permite disminuir este

dilema logrando, por medio de un solo revestimiento, concentrar una porosidadbaja (cerca del 1%), y consecuentemente, alto rendimiento mecánico, con una

resistencia térmica prominente.

Hoy en día, nuevos materiales cerámicos nanoestructurados se encuentran en

desarrollo, los cuales adaptados en forma de revestimientos sobre elementos de

motores de aviación, hacen posible el aumento de temperatura de ejecución de

estos motores, prolongando al mismo tiempo, su ciclo de vida y adquiriendo una

resistencia al desgaste 3 veces mayor a los revestimientos habituales.

• Materiales cerámicos cristalinos transparentes

En la actualidad existe un alto requerimiento

de materiales modernos, que así como

exhiben muy buenas propiedades mecánicas,

presenten una propiedad utilitaria como la

traslucidez en designado espectro de onda.

Sin embargo, son escasos los materiales que

tengan la posibilidad de conjuntar estas dos

cualidades.

La alúmina muestra una buena resistencia mecaniza, alta dureza y resistencia al

desgaste, pero hasta ahora su uso en la óptica se restringía por la incapacidad

de manipular el incremento de la dimensión de grano y la uniformidad de la

microestructura en el tratamiento de sinterizado.

Sin embargo, estos dilemas han sido examinados por un proyecto Europeo

llamado IP NANOKER, pudiéndose conseguir materiales microestructurados de

alúmina transparentes dentro de los rangos visible e infrarrojo, presentando una



gran dureza mayor a 20GPa que tienen la posibilidad de ser empleados en

pantallas de dispositivos electrónicos, relojes, blindajes, etc.

INDUSTRIA COSMÉTICA

• Cremas solares

Dado que los productos para protección solar, requieren de protección contra la

luz UV y buen aspecto estético, respondiendo a las exigencias de la industria

cosmética, el descubrimiento de pigmentos fundamentados en nanopolvos

constituyen un progreso interesante que esta siendo aprovechado en lo que

respecta a lo comercial.

En mezclas inorgánicas (TiO2, ZnO), los electrones no se encuentran unidos a

determinados átomos, al contrario, forman parte del conglomerado del cristal,

presentando un vasto abanico de niveles de energía libres, logrando así la

acumulación de distintas radiaciones. No obstante, existe una longitud de onda

particular para cada material sobre de la cual el material no tiene la posibilidad

de recolectar la luz sino que necesita una contribución adicional de energía. En

el TiO2 y el ZnO, dicha longitud de onda admite la absorción de la radiación

proveniente del espectro de luz UV.

Los nanopolvos reflectantes utilizados en la actualidad, proporcionan un

espectro de protección superior contra la luz UV, y asimismo, son más

atrayentes estéticamente hablando.

Hoy en día, existe una gran polémica con respecto a la toxicidad de estos

productos, llegando a impedir su elaboración en ciertos países que aun no

cuentan con información toxicológica fiable suficiente. Esta circunstancia

decidirá el desenvolvimiento comercial de este producto.



EL PAPEL QUE TOMARÁ LA NANOTECNOLOGÍA

La nanotecnología proporciona resultados o alternativas novedosas las cuales

sin duda mejorarían la productividad de sectores como el de la medicina, la

textil, de energía, metal-mecánica, y otras como las detalladas anteriormente en

el texto.

Aunque actualmente la nanotecnología se encuentre despegando, se consideraun campo que esta obteniendo una gran relevancia y que tiene una gran

influencia en la economía mundial. Por lo cual, la innovación de las industrias se

encuentra al acecho tecnológico de la orbe “nano”.

La información expuesta con anterioridad, intenta destacar la utilización de

materiales cerámicos nanoestructurados, desde la perspectiva de su aplicación

en distintas industrias como las que fueron tratadas (biotecnología, aeroespacial

y cosmética), las cuales son solo algunas de las muchas que existen en la

actualidad, y su importancia en el sector en el que sean empleados.

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