Nanomateriales
Imagine poder ver la estructura microscópica de un material y darse cuenta de que está compuesto por muchos patrones periódicos de átomos o moléculas del orden de 100 nm o menos.
La forma y el tamaño de esos pequeños patrones pueden afectar las propiedades físicas del material que los contiene. Por ejemplo, las nanopartículas de oro que difieren sólo en su tamaño y forma interactúan con la luz de manera diferente que los trozos de oro más grandes. El resultado es que las nanopartículas de oro muestran colores diferentes al que normalmente asociamos con el oro.
En los “nanomateriales”, el tamaño y la forma de los dominios muy pequeños que componen el material en masa afectan sus propiedades. Las propiedades físicas (como el color o la conductividad eléctrica) dependen del tamaño y la forma de los dominios a nanoescala y a menudo son el resultado de superficie y interfaz interacciones entre los dominios y los medios circundantes.
Crédito de la imagen: Centro Ames de Nanotecnología de la NASA
Los materiales que se componen de muchas estructuras pequeñas suelen tener una superficie muy grande. La razón es que las áreas superficiales de las muchas estructuras pequeñas juntas contribuyen a una superficie muy grande del material a granel. Por ejemplo, si un trozo de material del tamaño de una caja de zapatos se dividiera en esferas de 2 nm de diámetro, estas esferas contribuirían a un área de superficie de la caja de zapatos que correspondería al área de 10.000 campos de fútbol. No es sorprendente que cuando el área de superficie es tan grande, las propiedades físicas estén dominadas por las interacciones superficiales.
Los nanomateriales vienen en muchas variedades. Algunos ejemplos de materiales que exhiben propiedades interesantes en la nanoescala son nanotubos de carbon, nanocables inorgánicos, dendrímeros, nanopartículas, grafeno, y puntos cuánticos.
Nanotubos de carbon
Un nanotubo de carbono (CNT) es una forma tubular de carbono con un diámetro tan pequeño como 0,4 nm y una longitud que va desde unos pocos nanómetros hasta un milímetro.
Grafeno
El grafeno es un material bidimensional de un átomo de espesor que consta de átomos de carbono densamente empaquetados en una red cristalina en forma de panal.
Nanocables inorgánicos
Los nanocables inorgánicos pueden tener diámetros de 1 a 50 nm y cualquier longitud deseable, quizás hasta un micrómetro. Ofrecen interesantes propiedades electrónicas, ópticas y de otro tipo, y pueden usarse en el futuro para vincular componentes diminutos en circuitos a pequeña escala.
Dendrímeros
Mientras que los polímeros típicos se ejecutan como cadenas lineales, los dendrímeros son polímeros parecidos a árboles. Se ramifican desde un núcleo central y exhiben una superficie densa que rodea un núcleo relativamente hueco. Son una serie de capas químicas construidas sobre una pequeña molécula central.
Nanopartículas
Las nanopartículas (de tamaño entre 1 y 100 nanómetros) se consideran un puente entre los materiales a granel y las estructuras atómicas o moleculares.
Puntos cuánticos
Nanopuntos de Cr depositados por AFM. James E. Morris y Hui She (2004)
Patrón de estructura poligonal de 6 lados de nanogeometría hexagonal como alótropos de nanotubos de carbono. Crédito de la imagen: Quality Stock Arts/bigstock.com
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Propiedades a nanoescala