jueves, 31 de marzo de 2011

LA NANOTECNOLOGÍA: UNA SEGUNDA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL

¿Estamos ante una  "Nano-Revolución"?

Para que en la actualidad dispongamos de los objetos tecnológicos que forman parte de nuestro entorno cotidiano, ha sido necesario comprender la estructura de la materia, y solo cuando hemos llegado a comprender someramente esto es cuando se ha producido el gran salto en la evolución y variedad de los materiales disponibles.

Esto ha sucedido en varios momentos clave de la historia de la humanidad, entre los que se pueden destacar: la Edad del Cobre, la Edad del Hierro, la revolución industrial del siglo XIX y el desarrollo de la electrónica durante el siglo XX.

Sin embargo, aún no somos conscientes de que en la actualidad, en este preciso momento, se está produciendo un espectacular cambio en la concepción del control de los materiales como consecuencia de la tecnología que permite la manipulación de la materia a nivel atómico, la nanotecnología.

Este cambio, sin lugar a dudas, se estudiará en el futuro como la segunda revolución industrial, y es fundamental para comprender que en estos momentos el ser humano está comenzando a aprender la lógica del funcionamiento de los átomos. Esto está abriendo caminos para la investigación que tienen, y van a tener aún más en el futuro, una trascendencia impredecible, enorme en la manera de concebir los materiales y, como consecuencia de ello, la evolución de los objetos tecnológicos, y por extensión, una manera de investigar y concebir la cotidianeidad que no podemos hoy predecir, pero que sin duda va a ser muy espectacular.


Aquí os dejo un folleto para consulta. Es bastante divulgativo, pero completo, aportando una visión general de esta nueva tecnología, de avance imparable en el siglo XXI:

Debéis comprender que lo de lo que se habla no es solo de producir materiales que , en origen, tienen una escala atómica, que son  muy útiles porque son muy resistentes, versátiles, evitan las manchas y un largo etcétera. Se trata de que comprendáis que la dirección que la nanotecnología lleva es la de crear fábricas a escala atómica, de máquinas capaces de crear otras máquinas desde el primer átomo, que la manera en que esto va a modificar los conceptos de producción industrial tiene una dimensión que trasciende la ciencia y la tecnología. Va a ser un fenómeno sociológico, económico y cultural.

Pueden encontrarse ejemplos de maquinaria a nivel atómico en la página de la empresa Nanorex: http://nanoengineer-1.com

Para comprender mejor lo que significa el concepto de nanofábrica podéis ver el vídeo "Nanosistemas de producción", de la empresa Nanorex:


Algo así pasará en el futuro inmediato con las ideas que os estoy contando:


Os dejo también este interesante vídeo de National Geographic sobre "Los robots y los humanos":



Para saber más...
  • Para estar al corriente de lo que se está haciendo en este terreno en la Unión Europea se puede consultar la siguiente página: http://europa.eu.int/comm/research/rtdinfo/index_es.html.
  • En 2008, el Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica se otorgó a quienes se consideran los pioneros en este terreno: http://www.fpa.es/premios/investigacion-cientifica-tecnica/

miércoles, 30 de marzo de 2011

NANOCIENCIA, NANOTECNOLOGÍA Y NUEVOS MATERIALES


El premio Nobel de física Richard Feynman reconoció que “abajo hay espacio de sobra” en 1959.

El estudio de todos los aspectos científicos a tamaño nanométrico se llama nanociencia.

Pero, ¿qué es un nanómetro?

Un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro. Para comprender mejor este concepto mirad esta animación de El País:  http://www.elpais.com/graficos/20080219elpepusoc_1/Ges

En la medida en que nuestra capacidad de ver se ha ido ampliando hemos descubierto que en el mundo en el que nos desenvolvemos es más rico y complejo de lo que pensábamos. Sabíamos que las reacciones químicas se producían por las combinaciones entre los átomos, intuíamos cómo se comportaban, pero no éramos capaces de verlas. Ahora, gracias a los nuevos microscopios de efecto túnel, podemos "ver" los átomos y "cogerlos" para fabricar sustancias y piezas de máquinas de tamaño atómico, más pequeñas que las propias células. Cuando hablamos de fabricar máquinas de tamaño atómico estamos diciendo exactamente eso, máquinas cuyo tamaño no supera el de unos cuantos átomos, que son invisibles para el ojo humano.

El microscopio de efecto túnel (Scanning Tunneling Microscope STM) es un poderoso instrumento que permite visualizar superficies a escala del átomo.

                                  
                                        Esquema de funcionamiento del microscopio de efecto túnel (pincha aquí)

Para entender de una manera más sencilla cómo funciona pinchad en el enlace Simulador de microscopio de efecto túnel.
 

NANOTECNOLOGÍA: EL FUTURO

La nanotecnología parece que va a constituirse como ciencia en el futuro, sin embargo, queda mucho camino por recorrer.

La nanotecnología es una necesidad que surge debido a las limitaciones en el modo tradicional de construcción de los dispositivos tecnológicos.

Se trata de un ámbito en el que se trabaja al nivel de los átomos y las moléculas -un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro-.”Los principios de la física, tal y como yo los entiendo, no niegan la posibilidad de manipular las cosas átomo por átomo”, declaró Feynman. Bebe de otras ciencias como la Biología, la Física y la Química, aplicándose en campos que van desde la Medicina hasta la Ingienería.

El resultado de estas investigaciones han logrado crear diamantes a partir de los átomos de grafito, o chips de ordenador empleando granos de arena de la playa. Pero sobre todo, se cree que será en Medicina donde más aplicaciones encuentre la nanotecnología.

Las Maravillas del Carbono:

El material básico de esta nueva tecnología es el carbono. El carbono es el elemento clave para el desarrollo tecnológico actual, de la misma manera que el hierro o el cobre lo fueron en su momento. De aquí la importancia de los fullerenos y los nanotubos (formas alotrópicas del carbono): http://es.wikipedia.org/wiki/Fullereno
  • Fullerenos o más comúnmente buckyballs: Estas moléculas constituyen el descubrimiento más famoso en la corta historia de la nanotecnología, algo que le valió Curl, Kroto y Smalley el Premio Nobel de Química en 1996. El fullereno más conocido es el buckminsterfullereno. Se trata de un fullereno formado por 60 átomos de carbono (C60), similares a una pelota de fútbol.

                              


  • Nanotubos de carbono: delgadas estructuras tubulares de miles de átomos de largo construídas a partir de "buckyballs".




  • Para saber más sobre los nanotubos aquí tenéis los siguientes recursos:



    A partir de estos descubrimientos, miles de grupos de investigación en todo el mundo han estudiado las propiedades físicas y químicas de estas moléculas tan estables. Estas representan una tercera forma alotrópica del carbono además del grafito y el diamante.


    En el siguiente vídeo os adentraréis en el el revolucionario mundo de la 
     LA NANOTECNOLOGÍA. 


                              


    Si queréis saber más sobre nanociencia y nanotecnología podéis consultar el libro del Instituto de Ciencia de los materiales de Madrid , el ICMM. Os pongo los enlaces: "NANOTECNOLOGÍA Y NANOCIENCIA. Entre la ciencia ficción del presente y la tecnología del futuro"; http://www.portalciencia.net/nanotecno/nanovideos.html

    martes, 29 de marzo de 2011

    MATERIALES DEL SIGLO XXI

    En la segunda parte del tema vamos a hablar de los nuevos materiales y del futuro tecnológico.


    "Hace unos 10.000 años, el hombre empezó a domesticar plantas y animales.
    Ha llegado la hora de domesticar las moléculas"
    SUSAN LINDQUIST, MIT (EE.UU).


    Muchas veces al crear un nuevo material, se produjo un gran cambio tecnológico a nivel mundial, cambiando a su vez la vida cotidiana de las personas, en su mayoría de las veces mejorándolas. Así por ejemplo cuando inventaron el bronce, el hierro, el acero, el petróleo, los plásticos surgieron grandes cambios.Hoy en día, debido a los avances en física, química e informática, la creación de nuevos materiales se ha convertido en algo más que esperanzador. Sumado ésto a la gran invención de los últimos tiempos, la nanotecnología. La nanotecnología es el conjunto de técnicas que permite ejercer la ingeniería a nivel atómico.

    LOS MATERIALES SUPERCONDUCTORES

    Uno de los nuevos materiales de este nuevo siglo son los superconductores. En clase hablamos sobre el EFECTO MEISSNER‏. LEVITACIÓN EN SUPERCONDUCTORES: "Un pequeño imán, levitando sobre un superconductor a 196 grados centígrados bajo cero"¿os acordáis cómo se produce?

    Dijimos que un material superconductor era aquel material que cuando se enfría por debajo de cierta temperatura, presenta una resistencia nula ante el paso de la electricidad. La temperatura a partir de la cual presenta estas características la denominamos temperatura crítica.

    En este experimento vamos a observar un fenómeno de levitación magnética en materiales superconductores. Cuando se coloca una muestra de un material superconductor dentro de un campo magnético y se enfría por debajo de su temperatura crítica, Tc, el flujo magnético originalmente presente es expulsado de la muestra, comportándose como un material diamagnético. A este efecto, que no es una consecuencia directa de la resistividad nula del superconductor, se le denomina efecto Meissner. De esta forma, un superconductor por debajo de su Tc repelerá a un imán permanente produciéndose el fenómeno de levitación buscado.

    En 1986 se descubrieron que cerámicas de una clase de materiales llamados perovskitas, eran superconductores a temperaturas inferiores a 35K. Este descubrimiento produjo un inmediato interés en el estudio de estos materiales. Fruto de este interés se obtuvieron nuevos materiales superconductores, algunos con una Tc por encima de 90K. Este fue un avance trascendental ya que permitió usar nitrógeno líquido como refrigerante. A estos materiales se les denomina superconductores de alta temperatura.

    Las perovskitas son óxidos de metales con una razón estequiométrica de 3 átomos de oxígeno por dos átomos metálicos. Las perovkitas son típicamente mezclas de metales muy diferentes.

                  Vídeo de la experiencia:

    




    En el siguiente vídeo se os muestra el desarrollo tecnológico de los nuevos y más modernos materiales que resuelven tanto problemas cotidanos y sofisticados, así como sus propiedades y aplicaciones:




    Si queréis más información sobre los nuevos materiales podéis consultar esta guía del Instituto de Materiales de Madrid (ICMM):



    EL ACERO: LA COLUMNA VERTEBRAL DE LA INDUSTRIA

    Si echamos un vistazo al mundo que nos rodea, veremos que prácticamente nuestra vida es acero: en nuestro hogar, en nuestro trabajo, en nuestros viajes, prácticamente todos nuestros objetos de la vida diaria están formados por este material que se viene utilizando desde los tiempos más antiguos de la historia.

    ¿Alguna vez te has preguntado cuándo empezó este material a formar parte de nuestras vidas?


    DESCUBRIMIENTO CLAVE: El control del fuego.

    A temperatura elevada el elemento carbono se combina con el oxígeno para formar monóxido de carbono y dióxido de carbono, desprendiendo en la reacción un gran cantidad de calor.
    El carbono es el integrante de más o menos el 40 % del carbón. Cuando nuestros antepasados descubrieron el poder calorífico del carbón, se abrió la puerta al control sobre otros materiales; se inventó la fragua.


    La fragua permitió separar los componentes que integran los minerales y ésto permitió controlar la cantidad de ellos que se mezclaban para obtener nuevas sustancias. Esto condujo al control sobre las cualidades de los materiales.


    Ya te imaginas el gran salto que supuso para nuestra especie el control del calor (el fuego) y el efecto que esto produjo en la manipulación de los materiales. En algún momento alguien debió de mezclar el propio carbón con el hierro fundido obtenido de los materiales. El resultado fue una aleación con unas propiedades que mejoran mucho las del hierro simple: el acero. El nuevo material era más flexible, menos propenso a la corrosión y más resistente a los golpes. Magníficas herramientas se empezaron a fabricar de acero, entre ellas las espadas de los soldados o las ollas de la cocina.

    La evolución de la fragua fue el alto horno, que alcanzaría su momento clave en el siglo XIX, con la producción de metal para la gran industria.

    Para saber más pincha el enlace: De la edad de la piedra al acero

    Pero, ¿cómo se obtiene el acero?

    Pincha en la animación y descubre la  "Obtención y tratamiento del acero". 

    Los siguientes tres videos nos ilustran el proceso de fabricación del acero. El primer video de la serie de Discovery Channel nos muestra la obtención de acero a partir de chatarras por lo que no se informa sobre lo que es un alto horno. Esto se ve en los otros dos vídeos que son información corporativa de la empresa peruana Aceros Arequipa, aunque nos meten algo de publicidad es, sin embargo, muy didáctico y explica el proceso completamente.



             


    El acero ha ido evolucionando con el hombre, quien ha sabido adaptarlo a sus necesidades.

    lunes, 28 de marzo de 2011

    CURIOSIDADES

    ¿Qué significa el triángulo que hay en el fondo de los objetos de plástico?

    En el fondo de algunos objetos de plástico se ve un triángulo como el de la figura. En su interior aparece un número y en la parte inferior del mismo unas siglas. Tanto el número como las siglas hacen refencia a la composición química del plástico. Esta información permite clasificar los plásticos según su composición como paso previo a su reciclado. En general, cuanto más bajo es el número más fácil resulta el reciclado. En la tabla se pueden ver las distintas catergorias en que se clasifican los plásticos para su reciclado.


    A continuación se ven las estructuras de algunos de los plásticos mencionados.

    PolietilenoPolipropileno
    Policloruro de vinilo

    Aquí tenéis un esquema del RECICLADO QUÍMICO del plástico:




    Para saber más: Propuestas para ampliar tus conocimientos a través de Internet.
    • Los polímeros

    ¿Qué tipo de plástico se utiliza para el aislamiento de cables ignífugos? ¿Cómo es una macromolécula? ¿De qué está hecho un balón de baloncesto o una pelota de golf?

    Responde a estas preguntas e investiga en el mundo de los polímeros, visitando la siguiente página.




     


    

    ¿PUEDES IMAGINARTE NUESTRO MUNDO SIN ELLOS?

    ¿Sabes con qué material se forman estos productos?


    DESCUBRE EL MUNDO DE LOS PLÁSTICOS

    Estamos tan familiarizados con estos materiales que no nos percatamos de hasta qué punto forman una parte inseparable de nuestras vidas.

    Si reflexionas un poco te sorprenderás al ver que casi no existe actividad humana en la que no aparezcan los materiales plásticos.

    Se hacen tan abundantes y son tan duraderos que ha llegado a constituir un problema qué hacer con sus resíduos.

    Tienen una enorme variedad de aplicaciones, pero todos tienen una cosa en común: SU PLASTICIDAD (propiedad que permite que se les dé la forma que más convenga).

    Para introduciros en el tema observad el vídeo:



    Su historia se inició a finales del siglo XIX con la intención de sustituir al marfil, que ya empezaba a resultar muy caro.

    Si queréis curiosear sobre la historia del plástico pinchad en el siguiente vídeo:



    En este punto de la Unidad NUEVAS NECESIDADES, NUEVOS MATERIALES, podrás conocer este material que puede ser muy útil y, a la vez, controvertido y peligroso si no se le da un tratamiento compatible con la calidad medioambiental.

    Recursos

    Para ver lo que sabes sobre estos materiales tan familiares pincha en el siguiente enlace:
     

    domingo, 27 de marzo de 2011

    EL COLTÁN: EL PRECIO DE LA MATERIA PRIMA

    Tú puedes no haber oido hablar del Coltán. Se trata de ese misterioso mineral que se utiliza para fabricar componentes clave de los móviles, smartphones y dispositivos electrónicos portátiles cada vez más potentes y sofisticados. Periódicamente se le menciona en los medios como responsable indirecto (en parte) de la atroz guerra crónica que sufre la República Democrática del Congo (donde se hallan las mayores reservas mundiales de coltán).

    Sabemos, por tanto, para qué se usa. Sabemos de dónde se extrae. Pero en general, cuando se habla de este mineral, a la mayoría se le olvida decir lo que es.

    ¿Por qué no sabemos NADA del coltán?

    Muchas empresas de alta tecnologia, han hecho presión para que no apareciera noticias sobre este mineral, por la sangre y guerras que se está produciendo alrededor.
    Hay una ignorancia supina sobre este mineral incluso en las personas que venden teléfonos móviles, no saben que dentro de cada aparato hay un corazón de Coltán.

     Y os preguntaréis, ¿qué es el coltán?

    Coltán es la abreviatura utilizada originalmente en África para referirse a dos minerales: la columbita (óxido de niobio con hierro y manganeso) y la tantalita (óxido de tántalo con hierro y manganeso) que suelen encontrarse juntos formando parte de determinados tipos de granito. De estos minerales se extraen el niobio y el tántalo, respectivamente.


    Los dos han adquirido un impotante papel en los últimos veinte años porque están relacionados con la industria electrónica: teléfonos móviles, aparatos con baterías recargables, micromotores, industria aeroespacial, fabricación de condensadores, resistencias, videoconsolas...
                                                 

     Una realidad desconocida: no hay reservas suficientes de Coltán


    Su valor es muy alto, por lo que controlar su producción es un negocio rentable para gobiernos, fabricantes y distribuidores. Sin embargo, a la República Democrática del Congo le ha traído muchos problemas.
    Según datos de la ONU, entre 1998 y 2002 se extrajeron de la RDC cerca de 3.9 millones de kg de coltán, que alcanzaron un valor de 793 millones de dólares.

                       ¿Cuáles son las consecuencias medioambientales?

    Para extraer el coltan han invadido los parques nacionales del Congo, abriéndose camino entre los frondosos bosques de esa zona. Además la pobreza y la hambruna causadas por la guerra ha ocasionado que algunos rebeldes y mineros tengan que cazar para comer elefantes y gorilas poniendo a estos en peligro. En el parque nacional Kahuzi Biega, por ejemplo, el censo de gorilas ha pasado a la mitad, de 258 a 130.
    En 2007 la población de gorilas en esta parte de la RDC había descendido a apenas 700 ejemplares.

    El camino que lleva el coltan desde la África Central al mercado mundial es muy confuso, extracciones legales a menudo son confundidas con operaciones ilegales de rebeldes y viceversa, esto hace que sea difícil conocer el origen.

        Para quienes estéis interesados en este tema he recopilado algunas noticias sobre esta guerra por un mineral, aquí os dejo los enlaces:


    El COLTÁN: El elevado precio de nuestros móviles (y otros artilugios)

    A continuación os dejo un documental sobre este mineral imprescindible para la tecnología y considerado como "EL MATERIAL DEL SIGLO XXI", pero que siembra de muerte África. 





    viernes, 25 de marzo de 2011

    NUEVOS MATERIALES, NUEVAS TECNOLOGÍAS Y MEDIO AMBIENTE

    Deforestación y papel.


    Hoy en clase hemos hablado de "La fabricación del papel" y del gran problema que ello conlleva: la deforestación.

    Tan sólo queda un 20% de los bosques intactos en el mundo

     Quiero que leáis este artículo "Tu papel en el cambio climático" y que saquéis vuestras propias conclusiones y así el próximo día las podremos exponer en clase.
    A continuación os dejo el siguiente vídeo por si os sirve de ayuda:


    La fabricación de nuevos materiales, y el desarrollo de nuevas tecnologías, unidos al aumento del consumo en nuestras sociedades, suponen una pesada carga para los recursos de nuestro planeta.

    Cuando un recurso se agota, es muy escaso, caro o simplemente no existe, se apela a la ciencia y al tecnología en busca de materiales sustitutivos. Cada vez se intenta más que los nuevos materiales desarrollados sean biodegradables y que se puedan reutilizar más frecuentemente, es decir, que sean menos contaminantes.


    A este nuevo enfoque de la industria química se le denomina "QUÍMICA VERDE".

    La química verde parte, por tanto, del diseño de productos y procesos que reduzcan o eliminen la formación de sustancias peligrosas. Algunos de los procesos basados en este concepto son el uso de materia prima que provenga del reciclado, el empleo de disolventes menos contaminantes, o la generación de reacciones con menos necesidad energética.


    EL FUTURO DEL PAPEL: LA TINTA ELECTRÓNICA Y EL PAPEL ELECTRÓNICO. 

    En la actualidad, disponemos de tecnologías que permitirían reducir drásticamente el consumo de papel y atenuar, así, parte del problema de la deforestación.
    • La tinta electrónica.
    Se trata del primer paso hacia la sustitución del papel tradicional por otro de características completamente nuevas. La diferencia entre este y un monitor de ordenador normal está en la forma en la que se generan imágenes. Esto hace que se pueda leer a pleno sol y que o se pueda leer a oscuras, exactamente igual que en el caso del papel tradicional.

    La magia proviene de la capacidad de "borrar" la página para crear una página nueva. De manera que con una única hoja se pueden almacenar y ver hasta 10.000 páginas de un libro convencional.

    La tecnología se basa en el uso de millones de diminutas bolitas (microcápsulas) de un tamaño de unos 50 micrometros (el tamaño de un cabello humano). La imagen generada permanece sin consumir energía hasta que "se pasa" a la página siguiente.

    En las siguientes imágenes (sección de algunas microcápsulas de tinta electrónica) de la empresa E Ink, se muestra este proceso (las cápsulas permiten mostrar imágenes de alta resolución):


    • El papel electrónico.

    La aparición de la tecnología anterior ha abierto las puertas al desarrollo de dispositivos que ofrecen servicios, libros electrónicos y la posibilidad de utilizar la pantalla como una hoja de un libro normal en al que además de leer, se pueden incluir anotaciones.




    jueves, 24 de marzo de 2011

    NUEVAS NECESIDADES, NUEVOS MATERIALES

    Bienvenid@s al Blog de Ciencias para el Mundo Contemporáneo.
    Os dejo con una pequeña introducción al tema que vamos a ver en clase. Espero que os resulte interesante.


    ¿Qué es la ciencia? La ciencia es fruto de la curiosidad innata del ser humano y de su búsqueda de la verdad. Con ella, la humanidad ha recorrido un largo camino para llegar al punto de desarrollo en que hoy se encuentra.



     “La ciencia de los materiales ha logrado mejorar las propiedades de los materiales existentes o los ha dotado de nuevas propiedades físicas y químicas. Los nuevos materiales han revolucionado la construcción, la ingeniería, la electrónica, la medicina y toda la industria”. Edison



    Introducción


    La materia se convierte en material con el que fabricamos todos los objetos que deseamos o necesitamos para nuestra vida cotidiana. Los materiales tradicionales, que han acompañado a los humanos desde sus primeros pasos en este planeta, siguen utilizandose, pero la evolución de las necesidades ha provocado la búsqueda de materiales más adecuados para la fabricación de los productos necesarios para la supervivencia de la especie.

    Este tema te propone una mirada curiosa a lo que somos capaces de desarrollar a partir de los que nos ofrece la naturaleza. Un proceso de transformación tan antiguo como la existencia de los seres humanos, con un futuro amplio y desconocido. Una muestra de ingenio y la superación de nuestra especie.



    AQUÍ TENÉIS UN MAPA CONCEPTUAL QUE RESUME LO ESENCIAL DEL TEMA:






    En resumen, en esta unidad lo que pretendo es que os aproximéis a la evolución que el ser humano ha ido experimentando, a lo largo de su existencia, en el control de los materiales. Se trata de que comprendáis que el progreso en el bienestar de la humanidad está íntima e indisolublemente ligado al progreso en la comprensión de cómo funciona la materia, al dominio de los materiales. Los materiales son las sustancias que constituyen los objetos útiles.