Red de grafeno, uno de los nanomateriales más estudiados.
Cuando pensamos en tecnología, nos imaginamos dispositivos, máquinas, pantallas. Pero, ¿sabías que hay una rama de la ciencia que trabaja a escalas tan pequeñas que escapan completamente al ojo humano, y que ahí mismo se están gestando algunos de los avances más prometedores del siglo XXI?
La nanotecnología se encarga justamente de eso: de manipular la materia a escala nanométrica. Para ponerlo en perspectiva, un nanómetro (nm) equivale a una milmillonésima parte de un metro, es decir, 1 nm= 0,000000001 m (1 × 10⁻⁹ m).
Para tener una idea de qué tan pequeña es esta escala: un solo cabello humano mide entre 60.000 y 100.000 nanómetros de ancho. Eso significa que una nanopartícula puede ser cientos o miles de veces más pequeña que el grosor de un cabello.
Comparativa de tamaños, desde objetos cotidianos hasta estructuras atómicas y moleculares. Fuente: http://www.gaiaciencia.com/2015/02/que-es-la-nanotecnologia/
Si buscamos una definición más detallada:
“La nanotecnología implica comprender el mundo de lo pequeño para innovar haciendo construcciones con átomos y moléculas con el propósito de dar respuesta a las crecientes necesidades socioeconómicas” - Prof. Dr. Luis Alberto D´Andrea.
¿Y por qué es tan interesante observar y manipular la materia a esa escala? Porque las propiedades de los materiales en la escala nanométrica difieren con las que presentan a nivel macro o convencional. Algunas de las características que emergen en la nanoescala incluyen:
Efectos cuánticos: el comportamiento de los electrones y otras partículas no sigue las reglas de la física clásica, sino que entra en juego la física cuántica, afectando propiedades ópticas, electrónicas y magnéticas.
Aumento de la superficie específica: al reducirse el tamaño de las partículas, se incrementa la superficie en relación al volumen, es decir que a menor tamaño, mayor relación superficie/volumen, lo que puede influir en la reactividad, absorción o conductividad.
Predominio de fuerzas diferentes: mientras que a gran escala la fuerza de gravedad es la que domina, en la nanoescala predominan las fuerzas electrostáticas y de van der Waals.
Modificación de propiedades ópticas: cuando los materiales se reducen a escala nanométrica, su forma de interactuar con la luz puede cambiar. En el caso de los nanomateriales, esto puede hacer que el color que percibimos varíe según el tamaño de sus partículas. Esto ocurre por fenómenos ópticos propios de esa escala, que no se observan en materiales más grandes.
Imagen: partículas de oro coloidal obtenidas por reducción química (Alshammari et al., 2012).
Cambio en propiedades mecánicas: ciertos materiales pueden volverse más duros, más elásticos o incluso más frágiles a medida que disminuye su tamaño. Esto dependerá de su estructura interna y cómo se conforman a nivel atómico.
Este conjunto de propiedades distintas nos abre un abanico enorme de posibilidades. Podemos pensar, diseñar y fabricar materiales con características a medida, para aplicaciones que antes eran impensadas.
¿Cuándo surgió?
En 1959 Richard Feynman en una conferencia mencionó la posibilidad de manipular átomos y moléculas, pero fue recién en 1974, cuando el científico japonés Norio Taniguchi propuso el término ‘nanotecnología’.
Décadas después el concepto empezó a tomar fuerza de la mano de avances en microscopía y técnicas de fabricación. Hoy en día, la nanotecnología está lejos de ser una promesa futura: es una realidad que ya se aplica en múltiples industrias.
Sin embargo, el uso de estructuras a escala nanométrica precede al concepto moderno. Un ejemplo notable es la Copa de Licurgo, una pieza de vidrio romano del siglo IV que cambia de color según cómo incida la luz, debido a la presencia de nanopartículas metálicas en su composición.
La Copa de Licurgo bajo iluminación frontal (izquierda) y transmitida (derecha). Fuente: The Trustees of the British Museum / Art Resource, NY. Vía Smithsonian Magazine (2013).
Se puede observar que la copa exhibe cambios en el color cuando se la expone a la luz en diferentes direcciones, esto se debe a que contiene nanopartículas de plata y oro.
¿Dónde la encontramos?
Algunas áreas en las que la nanotecnología ya está dejando su marca:
Nanomedicina: desde sistemas de liberación controlada de fármacos hasta nuevos métodos de diagnóstico a nivel molecular.
Electrónica: dispositivos cada vez más pequeños, eficientes y con mayor capacidad de procesamiento.
Energía: paneles solares más eficientes, baterías de carga rápida y materiales para almacenamiento energético.
Textiles: telas con propiedades antimicrobianas o que repelen líquidos.
La nanotecnología es una invitación a mirar lo invisible y descubrir que ahí también hay un mundo por explorar. Porque cuando entendemos cómo funciona la materia desde su escala más íntima, podemos transformarla y, con ella, transformar el mundo.
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