UNIDAD 2 TEMAS 2.4, 2.5 Y 2.6

CERÁMICOS

Los materiales cerámicos, son aquellos productos (piezas, componentes, dispositivos, etc.) sólidos inorgánicos, constituidos por compuestos no metálicos, los cuales, son consolidados mediante tratamientos térmicos a altas temperaturas.

Comparado con los metales y plásticos, son duros, no combustibles y no oxidables, se pueden utilizar en ambiente con altas temperaturas, corrosivos y tribológicos, en estos ambientes, existen muchas cerámicas con buenas propiedades electromagnéticas, ópticas y mecánicas.

Este material, dentro de la industria, es uno de los más antiguos de la humanidad, basado en un poco de historia, su invención se data del Neolítico, el primer pueblo que desarrolló técnicas para elaborar la cerámica, fue el chino y de ahí hasta Europa. Este material, es el producto de diversas materias primas, especialmente arcillas, en su mayoría se obtiene a partir de hornear materiales naturales como la arcilla o el caolín, con aditivos, colorantes, desengrasantes, etc. Todos estos, son mezclados y cocidos en un horno sucesivas veces.

Este tipo de materiales, incluye óxidos y carburos de Si, Ti y Circonio. Sus enlaces son Iónicos o covalentes y les confieren una alta estabilidad y son resistentes a las alteraciones químicas.

PROCESAMIENTO

Los productos cerámicos más tradicionales y técnicos son manufacturados compactando polvos o partículas en matrices que son posteriormente calentados a enormes temperaturas para enlazar las partículas entre sí. 

Las etapas básicas para el proceso de cerámica de aglomeración de partículas son: (1) preparación de material; (2) moldeado o fundido; (3) tratamiento térmico por secado y horneado por calentamiento de la pieza de cerámica a temperaturas suficientemente altas para mantener las partículas enlazadas.

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES CERÁMICOS

(Físicas y Químicas)

      Las propiedades de los materiales a escala macro son fijas para un mismo tipo de material; sin embargo, algunas propiedades de un mismo material, a escala nano, varían con su tamaño y su forma

Físicas:

El punto de fusión disminuye, generalmente, como consecuencia de su gran área superficial específica y el mayor número de átomos en la superficie; esto afecta al comportamiento termodinámico del volumen de la nanopartícula. Los átomos de la superficie necesitan menos energía para moverse porque hay menos átomos en el interior de la nanopartícula y necesitan menor energía para vencer las fuerzas intermoleculares de atracción.

Físicas:

1.-Las propiedades ópticas de los cerámicos se pueden controlar mediante varias formulaciones y control de la estructura.

2.-Tienen temperaturas de fusión o de descomposición muy elevadas.

3.-La conductividad térmica se reduce al incrementarse la temperatura.

4.-Tendencia hacia el agrietamiento.

5.-Son generalmente aislantes.

Químicas

Las nano partículas metálicas o iónicas manifiestan propiedades químicas muy importantes: el auto ensamblado y las excepcionales propiedades que pueden tener como catalizadores.

Su elevada reactividad química es consecuencia de su elevada superficie específica y del importante número de átomos en la superficie que originan una elevada energía de superficie de las nanopartículas.

Químicas:

1.-Son resistentes a las alteraciones químicas.

2.-Están compuestos principalmente por enlaces iónicos y covalentes.

3.-Son materiales inorgánicos.

4.-Tienen baja conducción eléctrica.

5.-Mecánicamente frágiles.

A continuación, enunciamos algunas propiedades y aplicaciones de los materiales cerámicos.

Función	Propiedades	Aplicaciones
Mecánica	Resistencia a la abrasión. Capacidad lubricante.	Abrasivos. Piezas de precisión, álabes de turbina.
Eléctrica	Súper conductividad. Bajas pérdidas dieléctricas (Permitividad). Piroelectricidad. Semiconductividad.	Suspensores. Termisores. Varistores. Condensadores.
Magnética	Imágenes con buen contraste. Alta densidad de corrientes. Ferromagnetismo y ferrimagnetismo.	Instrumentos de pantallas. Electrodos baterías solares. Imanes permanentes. Elementos de memoria. Componentes magnéticos,
Ópticas	Catodoluminiscente Absorción, reflexión y transmisión. Buena transparencia.	Pantallas de tubos de imagen. Fibras ópticas. Cerámica translúcida. Electrodo transparente
Química	Biocompatibilidad. Resistencia a la corrosión. Catálisis. Conductividad iónica.	Prótesis (dientes y huesos). Equipamiento químico. Catalizadores. Electrolitos, sensores de gas.
Nuclear	Resistencia refractarias. Resistencia a la radiación. Resistencia a la corrosión.	Revestimientos de reactores. Elementos de combustión. Material moderador.
Térmica	Aislante térmico. Conductividad térmica. Absorción de calor.	Refractarios (para hornos). Cambiadores de calor. Revestimientos.

CLASIFICACIÓN DE MATERIALES CERÁMICOS

Materiales cerámicos tradicionales:

Están fabricados con materias primas de yacimientos naturales, con o sin proceso de beneficiación para eliminar impurezas a fin de aumentar su pureza, tales como los materiales arcillosos.

Las cerámicas tradicionales pueden definirse como, aquellas que comprenden las industrias que tienen como base a los arcillosos, los cementos y vidrios de silicatos.

Algunas de sus características son:

El conformado puede ser manuela y el proceso de cocción se realiza en hornos tradicionales (horno túnel, hornos ascendentes).

La microestructura de la mayoría de los materiales cerámicos tradicionales presentan un tamaño de grano muy grueso, alta porosidad y visibilidad en un microscopio de no mucho aumento.

La densidad llega únicamente a alcanzar valores de entre el 10-20% menos que la densidad teórica del material.

El nivel de los efectos en un material cerámico tradicional es del orden de milímetros.

Dentro de este tipo de clasificación, podemos mencionar algunos ejemplos de elementos como lo son las vasijas de barro cocido, la porcelana, los ladrillos, las tejas, los vidrios, etc.

 Materiales cerámicos avanzados:

Están fabricados con materias primas artificiales que han sufrido un importante proceso químico para conseguir una pureza alta y una mejora de sus características físicas.

Estos cerámicos son compuestos oxidados y no oxidados de elementos metálicos y no metálicos incluyendo al carbón, son livianos, resisten a las deformaciones aún a altas temperaturas.

Sus características más importantes son:

El proceso de conformado se realiza con equipos sofisticados, que incluyen la utilización de alta temperatura y presión.

La microestructura es de grano fino y se tiene que resolver o estudiar por medio de la microscopía electrónica.

La densidad llega a alcanzar valores del orden del 99 o 100% de la densidad teórica del material.

El nivel de los defectos en un material cerámico avanzado es del orden de las micras.

Los mencionados anteriormente, son aquellos productos, los cuales, se espera que, dependiendo de las materias primas y composición, poseen, excelentes propiedades mecánicas, incluso bajo condiciones extremas de tensión, extremo desgaste y excelentes propiedades eléctricas.

CLASIFICACIÓN POR SU ESTRUCTURA

Cerámico cristalino:

Se obtienen a partir de solice fundida, tanto el proceso de fusión como el de solidificación posterior son lentos, lo que permite a los átomos ordenarse en cristales regulares.

Hay dos características de los iones que componen los materiales cerámicos cristalino que determinan su estructura:

El valor de la carga eléctrica de los iones componentes.El cristal, debe ser eléctricamente neutro, debe haber igual número de cargas positivas que negativas.

Los tamaños relativos de los cationes y aniones.Esta, comprende el radio de ambos iones, donde uno es menor que el otro.

Un ejemplo de este tipo, es el diamante, el cual, es un poliformo metaestable de carbono, se caracteriza por ser extremadamente duro y por su poca conductividad eléctrica.

Cerámico no cristalino:

En el caso de estos, el proceso de enfriamiento es rápido, lo que impide el proceso de cristalización. Lo que hace que el sólido sea amorfo ya que los átomos no se ordenan de ningún modo preestablecido. Él es caso de los vidrios y los polímeros vitreros.

El comportamiento durante la solidificación de un vidrio es diferente al de los metales y materiales cristalinos lo cuales varían del volumen específico frente a la temperatura, al contrario que un sólido cristalino que se presenta a una temperatura de fusión la cual realiza la solidificación

Muchos vidrios están basados en la Silice, en el vidrio, los tetraedros se retuercen sobre sí mismos formando una red dispersa sin orden de largo alcance.

 La mayoría de los cerámicos tienen estructuras cristalinas más complicadas y variadas. Entre estas estructuras podríamos destacar las más importantes como son:

Estructura perovskita (CaTiO3). Ejemplo: BaTiO3, en la cual los iones de bario y oxígeno forman una celda unidad cúbica centrada en las caras con los iones bario en los vértices de la celda unidad, y los iones óxido en el centro de las caras, el ión titanio se situará en el centro de la celda unidad coordinado a seis iones oxígeno

Estructura del corindón (Al2O3). Es similar a una estructura hexagonal compacta; sin embargo, a cada celda unidad están asociados 12 iones de metal y 18 de oxígeno.

        

 Estructura de espinela (MgAl2O4). Donde los iones oxígeno forman un retículo cúbico centrado en las caras y los iones metálicos ocupan las posiciones tetraédricas u octaédricas dependiendo del tipo de espinela en particular.

 Estructura de grafito. Tiene una estructura hexagonal compacta.

2.5 Materiales Compuestos

Los materiales compuestos son combinaciones macroscópicas de dos o más materiales diferentes que poseen una interfase discreta y reconocible que los separa. Debido a ello, son heterogéneos (sus propiedades no son las mismas en todo su volumen). Si bien algunos materiales compuestos son naturales (como la madera o el hueso), la gran mayoría de los materiales compuestos utilizados en la actualidad son diseñados y “fabricados” por el hombre. Los materiales de esta familia surgen de la necesidad de obtener materiales con una combinación de propiedades que difícilmente se encuentren en los cerámicos, los plásticos o los metales. Por ejemplo, en la industria del transporte son necesarios materiales ligeros, rígidos, resistentes al impacto y que resistan bien la corrosión y el desgaste, propiedades éstas que rara vez se dan juntas; por lo que se “diseña” un material según la aplicación para la cual se necesitan. A pesar de haberse obtenido materiales con unas propiedades excepcionales, utilizar estos materiales en aplicaciones prácticas no siempre es factible dado que se trata, en general, de materiales caros, de difícil fabricación. Una característica de todos los materiales compuestos es que, en cada uno de ellos, se pueden distinguir dos componentes bien diferenciados: la matriz y el refuerzo o fase discontinua.

Los compuestos son:

• Son combinaciones macroscópicas de dos o más materiales diferentes
• Algunos materiales compuestos son naturales (como la madera o el hueso), la gran mayoría de los materiales compuestos utilizados son diseñados y “fabricados” por el hombre.

• En general son  materiales caros y  de difícil fabricación.

• Surgen de la necesidad de obtener materiales con una combinación de propiedades que difícilmente de encontrar

Para comprender qué son los materiales compuestos y por qué los necesitamos, debemos estudiar qué características poseen y cómo se relacionan la matriz y el refuerzo.

La matriz

La matriz es la fase continua en la que el refuerzo queda “embebido”. Tanto materiales metálicos, cerámicos o resinas orgánicas pueden cumplir con este papel. A excepción de los cerámicos, el material que se elige como matriz no es, en general, tan rígido ni tan resistente como el material de refuerzo.

Las funciones principales de la matriz son:

• definir las propiedades físicas y químicas

• transmitir las cargas al refuerzo

• protegerlo y brindarle cohesión.

Así como también permitirá determinar algunas características del material compuesto como la conformabilidad y el acabado superficial, es decir, de las propiedades de la matriz dependerá la capacidad que posea el material compuesto para ser conformado con geometrías complejas en procesos que, generalmente, no involucrarán posteriores etapas de acabado.

Al someter al material compuesto a diferentes tipos de cargas mecánicas la matriz juega diferentes roles:

1. Bajo cargas compresivas: es la matriz la que soporta el esfuerzo, ya que se trata de la fase continua.

2. En tracción: la matriz transfiere la carga aplicada sobre la pieza a cada una de las fibras o partículas, de manera que éstas sean las que soporten el esfuerzo. Para ello es necesaria una excelente adhesión entre la matriz y el refuerzo. Además, muchas veces es la matriz la que determina la resistencia al impacto y la encargada de detener la propagación de fisuras.

El material de refuerzo

Es la fase discontinua (o dispersa) que se agrega a la matriz para conferir al compuesto alguna propiedad que la matriz no posee. En general, el refuerzo se utiliza para incrementar la resistencia y rigidez mecánicas pero, también, se emplean refuerzos para mejorar el comportamiento a altas temperaturas o la resistencia a la abrasión.

El refuerzo puede ser en forma de partículas o de fibras. Como regla general, es más efectivo cuanto menor tamaño tienen las partículas y más homogéneamente distribuidas están en la matriz o cuando se incrementa la relación longitud/diámetro de la fibra. Si bien, los materiales de refuerzo pueden presentarse en forma de partículas en un amplio grupo de materiales compuestos, los más numerosos y ampliamente utilizados son aquellos reforzados con fibras. En la mayoría de los compuestos reforzados con fibras, éstas son resistentes, rígidas y de poco peso. Si el compuesto debe ser utilizado a temperaturas elevadas, también la fibra deberá tener una temperatura de fusión alta.

La interfase

Además de las características de las fibras y de la matriz, las propiedades de los materiales compuestos dependerán de cómo sea la interfase (la región de contacto) entre estos dos componentes. Si la interfase es débil, la transferencia de carga de la matriz a la fibra no será eficiente y/o bien será la matriz la que termine soportando las cargas (y fallando, puesto que no es muy resistente), o se producirán huecos entre la matriz y las fibras, lo cual llevará a la rotura de la pieza. Lograr una buena adhesión entre la fibra y la matriz no es tarea fácil, ya que en general se trata de materiales de familias diferentes (polímero - vidrio, metal - cerámico) y la buena adhesión depende del contacto íntimo de los átomos en la superficie de uno y otro componente. Es por eso que existe toda un área de desarrollo de aditivos con los cuales recubrir a las fibras para que resulten más compatibles con la matriz, y aumenten la adhesión entre los componentes del material compuesto.

Clasificación de los materiales compuestos

1.- Clasificación según la forma de los constituyentes

• Composites fibrosos: el refuerzo es una fibra, es decir, un material con una relación longitud-diámetro muy alta. Las fibras pueden ser continuas o discontinuas (estas últimas pueden ser aleatorias o unidireccionales). Ejemplo: epoxi con fibra de vidrio

• Composites particulados: el refuerzo son partículas equiaxiales, es decir, las dimensiones de las partículas son aproximadamente iguales en todas las direcciones. Ejemplo: caucho reforzado con negro de humo.

• Composites estructurales: son materiales constituidos por la combinación de materiales compuestos y materiales homogéneos. Se clasifican a su vez en materiales laminados (constituidos por apilamiento de láminas paralelas) o paneles sándwich (compuestos de núcleo y tapas)

2.- Clasificación según la naturaleza de los constituyentes

• Compuestos de matriz polimérica: son los más comunes, la matriz es un polímero y una variedad de fibras, tales como las de vidrio o las de carbono, se utilizan como refuerzo.
• Compuestos de matriz metálica: Están formados por metales “livianos” como el aluminio como matriz y fibras de refuerzo como las de carburo de silicio.
• Compuestos de matriz cerámica: se utilizan en aplicaciones de alta temperatura. Estos materiales están formados por una matriz cerámica y un refuerzo de fibras cortas.

características

• Composites de matriz orgánica (polímeros).
  - presentan baja densidad
  - posibilidad de obtención de piezas complicadas
  - son los más utilizados en la actualidad
  Entre sus desventajas se incluye la poca resistencia frente al fuego.

• Composites de matriz metálica (aleaciones de aluminio, titanio y magnesio)
  - mayor duración
  - elevada conductividad térmica y eléctrica
  - no absorben humedad
  - mayor resistencia al desgaste
  Su principal desventaja es su alto precio

• Composites de matriz mineral (cerámica): alúmina, CSi (carburo de silicio), etc.
  Destacan porque resisten temperaturas elevadas y su principal desventaja su fragilidad y baja resistencia a choques térmicos.

3.- Clasificación según el tamaño de la fase dispersa

Microcomposites o composites convencionales: el tamaño del refuerzo es del orden de la micra (10-6 m). A pesar de las mejores propiedades mecánicas de estos composites, también presentan problemas:
- dificultad de procesado
- no se pueden procesar para obtener láminas o fibras

Estos problemas son consecuencia de la diferencia de tamaño entre el refuerzo y los componentes de la matriz (cadenas de polímero en el caso de los composites de matriz orgánica). Esta diferencia da lugar a interacciones débiles entre la matriz y la interfase.
Para evitar este problema y mejorar las interacciones se ha desarrollado un nuevo tipo de composite:

Nanocomposites: el tamaño del refuerzo es del orden del nanómetro (10-9 m=10-3micras). En este caso, las interacciones matriz-refuerzo se dan a nivel molecular.

Propiedades de los materiales compuestos

Son determinadas por la combinación de las resinas con las fibras

• Las propiedades de la fibra
• Las propiedades de la matriz
• La relación entre la cantidad de fibra y de resina en el material (la fracción en volumen de fibra)
• La geometría y orientación de las fibras en el compuesto

La mayoría de los materiales compuestos poseen una alta resistencia mecánica al mismo tiempo que una baja densidad, lo cual permite realizar estructuras y dispositivos resistentes y a la vez livianos.

Aplicaciones y limitaciones de los materiales compuestos

Las aplicaciones actuales exigen materiales de baja densidad y buenas propiedades mecánicas (elevada rigidez y resistencia). Esta combinación de propiedades no se puede conseguir con los materiales convencionales: metales, polímeros y cerámicos. El desarrollo de los composites ha permitido la mejora de las propiedades de los materiales.

Ventajas que presentan los materiales compuestos
- Alta resistencia específica (resistencia/densidad) y rigidez específica (rigidez/densidad)
- Posibilidad de adaptar el material el esfuerzo requerido gracias a la anisotropía

Los materiales compuestos de matriz polimérica se utilizan en la industria automovilística, naval, aeronáutica, aeroespacial, electrónica, de material deportivo y de la construcción, reemplazando a los metales y otros materiales en muchas aplicaciones.

2.6 Tendencias de nanotecnología: Materiales y sus características

Se podría definir nanotecnología como la fabricación de materiales, estructuras, dispositivos y sistemas funcionales a través del control y ensamblado de la materia a la escala del nanómetro (de 0.1 a 100 nanómetros, del átomo hasta por debajo de la célula), así como la aplicación de nuevos conceptos y propiedades (físicas, químicas, biológicas, mecánicas, eléctricas...) que surgen como consecuencia de esa escala tan reducida.

La idea es sencilla, muchas de las propiedades de los materiales dependen de cómo se comportan los electrones que se mueven en su seno o de cómo estén ordenados los átomos en la materia. En un material nanométrico, el movimiento de los electrones está muy limitado por las dimensiones del propio material. Además la proporción de átomos en la superficie con respecto al interior es con mucho, más alta que en materiales de tamaño más elevado. Por consiguiente, si se reducen las dimensiones de un material, se modifican sus propiedades y en consecuencia se pueden diseñar materiales con propiedades a la carta.

No obstante, puesto que esta definición puede resultar un poco confusa y la escala de tamaños un poco arbitraria, vamos a profundizar más en ambos términos, acercándonos a estos conceptos a través de sus características y propiedades generales.

MATERIALES NANOESTRUCTURADOS

Son aquellos con una microestructura modulada de cero a tres dimensiones con un tamaño de escala menor de 100 nm.,con átomos agrupados ordenadamente en agrupaciones de tamaño nanométrico, los cuales son la base para construir estructuras mayores de este tipo de materiales. Los materiales nanoestructurados poseen el 0.001 por ciento de átomos, además los granos nanoestructurados son entre mil y cien veces más pequeños que los del material originales.

Los nanomateriales empiezan a utilizarse en campos como el sanitario, la electrónica y la cosmética, entre otros. Sus propiedades físicas y químicas suelen diferir de las de otros materiales a granel, por lo que requieren una evaluación de riesgos especializada. Esta debe cubrir los riesgos para la salud de los trabajadores y los consumidores, así como posibles riesgos medioambientales

Aplicaciones:

• Cerámicas nanoestructuradas

• Imanes permanentes de alta temperatura para motores de aviones
• Materiales ferromagnéticos
• Almacenamiento de información
• Refrigeración
• Catalizadores basados en hidrógeno

IDENTIFICACIÓN DE NANOMATERIALES

Material Nanoestructurado

Una fracción de material comúnmente posee en su interior moléculas organizadas en granos de dimensiones por lo general de micrómetros a milímetros de diámetro, estos granos están constituidos habitualmente con poblaciones de miles de millones de átomos. Una misma fracción de material nanoestructurado, posee poblaciones granulares inferiores a un par de miles de átomos y en donde los granos moleculares alcanzan un tamaño máximo de 100 nanómetros de diámetro. Entonces, los materiales nano estructurados poseen el 0.001 por ciento de átomos en comparación con un material común de igual volumen, además los granos nano estructurados son entre mil y cien veces más pequeños que los del material original. Todo esto conlleva a una mayor ligereza de peso y ahorro de materia, además de las nuevas características que adquieren y que potencian enormemente el material.

Nano partículas y Nano polvos

Las Nano partículas tienen unidades más grandes que las de los átomos y las moléculas, cuando menos una dimensión menos de los 100nm, obviamente estas nano partículas son creadas artificialmente en los laboratorios. Además otra de sus particularidades es que poseen características propias, es decir que no obedecen a la química cuántica, ni a las leyes de la física clásica.

En la actualidad el estudio de las nanopartículas es un área de intensa investigación científica, debido a una extensa variedad de potenciales aplicaciones. Entre los campos más prometedores están los campos biomédicos, electrónicos y ópticos.

Aunque por lo general las nanas partículas están sirviendo para el perfeccionamiento e innovación de materiales ya existentes, existen también en el campo de la biomedicina nano partículas que han demostrado ser capaces de eliminar tumores y además de que éstas son biodegradables y orgánicas.

Aplicaciones

En la Biomedicina, sirve para la liberación de fármacos, tratamientos contra el cáncer. En la Ingeniería como sensores químicos, vidrios autolimpiables, tintas magnéticas y conductoras. Para el tratamiento de aguas con procesos fotocatalíticos, sirve para recubrimientos textiles repelentes de agua y suciedad.

En el área de la electrónica para crear memorias de alta densidad, pantallas con dispositivos de emisión basados en óxidos conductores.

Nano cápsulas

La mayor aplicación de las nanocápsulas está sin duda en el campo de la medicina, ya sea para combatir enfermedades o ayudar con la liberación de fármacos en puntos específicos dentro del cuerpo humano. Además el desarrollo de las nanocápsulas se enfoca en intervenir las mismas para que se acumulen en un punto deseado, la principal vía para lograr este objetivo es posiblemente modificar las propiedades físico-químicas de las nano cápsulas. La investigación acerca de las nanocápsulas aspira solucionar los problemas que aparecen, como son los efectos secundarios de los fármacos además de  complicaciones en el tratamiento de la enfermedad.

MATERIALES INTELIGENTES

En términos generales, un tipo de materiales, una nueva generación de materiales derivadas de la nanotecnología, cuyas propiedades pueden ser controladas y cambiadas a petición. Los materiales inteligentes tienen la capacidad de cambiar su color, forma, o propiedades electrónicas en respuesta a cambios o alteraciones del medio o pruebas (luz, sonido, temperatura, voltaje). Estos materiales podrían tener atributos muy potentes como la autoreparación.

Relacionados con esto están los súper materiales con extraordinarias propiedades. La capacidad de crear componentes con precisión atómica puede llevar a estructuras moleculares con interesantes características tales como una alta conductividad eléctrica o potencia.

Aplicaciones:

Es una de las principales líneas de investigación de la nanociencia con aplicaciones a muchas industrias, además, permite el desarrollo de nuevas aplicaciones y la sustitución de materiales tradicionales. Este avance está siendo posible gracias al esfuerzo cooperativo de distintos campos de conocimiento, tales como: física de estado sólido, química, ingeniería de materiales, medicina, mecánica, biología, etc.

NANOPARTÍCULAS Y NANOPOLVOS

Son partículas enenas que para ser visible al ojo humano requiere de ser observada mediante un microscopio y es tan pequeña que tiene una dimensión menor a 100 nanómetros.

Tienen unidades más grandes que las de los átomos y las moléculas, cuando menos una dimensión menos de los 100nm, son creadas artificialmente en los laboratorios.Poseen características propias, no obedecen a la Química cuántica, ni a las Leyes de la física clásica.

Aplicaciones:

• En la Biomedicina, sirve para la liberación de fármacos, tratamientos contra el Cáncer.
• En la Ingeniería como sensores químicos, vidrios autolimpiables, tintas magnéticas y conductoras.

NANOCÁPSULAS:

Pequeña porción de una sustancia activa que está rodeado por un agente de encapsulación con dimensiones en el régimen micro o nanométrico, aislando así esta sustancia del medio externo. Esta protección puede ser permanente o temporal, en cuyo caso el núcleo generalmente se libera por difusión o en respuesta a un disparador, como cizalla, pH, o la acción de la enzima, lo que permite su administración controlada y cronometrada en un sitio diana.

Aplicaciones:

• Liberación de fármacos
• Industria de la alimentación
• Cosméticos
• Tratamiento de aguas residuales
• Componentes de adhesivos
• Aditivos aromáticos en tejidos

CLASIFICACIÓN DE LOS NANOMATERIALES

La Agencia del Medio Ambiente (EPA) de EUA ha clasificado los nanomateriales actuales en cuatro tipos, a saber:

• Basados en carbono
• Basados en metales
• Dendrímeros
• Compuestos

Basados en carbono: Como su nombre lo dice están compuestos mayoritariamente por carbono y suelen adoptar formas como esferas huecas, elipsoides (conocidos como fullerenos) o tubos(nanotubos).

• Fullerenos: tercera forma más estable del carbono (después del diamante y grafito). Son muy reactivos debido a la estabilidad de sus enlaces, muy poco solubles y con una gran resistencia térmica, son superconductores. El primero en ser descubierto fue el C₆₀ en 1985, pero con el paso de los años han aparecido  C₂₀, C₂₆, C₃₆, C₅₀, C₇₀, C₇₂, C₇₆, C₈₀, C₈₂, C_84. En la actualidad se utilizan como lubricantes, superconductores, imágenes médicas, catálisis química, dispositivos de grabación.
  

• Nanotubos: Se encuentran los monocapa y multicapa.  Son electrónicamente (metálico, semi metálico o aislante. Sus propiedades pueden modificarse encapsulando metales en su interior (nanocables eléctricos o magnéticos). Los nanotubos son más resistentes y flexibles que la fibra de carbono llegando a ser de 10 a 100 veces más fuerte que el acer. Los metálicos cuentan con capacidad eléctrica 1000 veces mayor que plata y cobre, y son excelentes conductores térmicos. Sin embargo estas propiedades se pueden ver altamente reducidas si se tienen defectos como vacíos o heptágonos.

Basados en metales: Estos nanomateriales incluyen puntos cuánticos, nanopartículas de oro y plata y óxidos metálicos como el dióxido de titanio.

• Puntos cuánticos: es una estructura cristalina a nanoescala que puede transformar la luz. Son creadas en el laboratorio que miden millonésimas de milímetro —nanómetros—. Los electrones están obligados a permanecer atrapados, de ahí el apodo átomos artificiales. Están hechos de una variedad de diferentes componentes, tales como cadmio selenio.
  
  
• Nanopartículas metálicas:Exhiben unas excelentes propiedades físicas, químicas y biológicas. Cobró recientemente gran interés debido a las particularidades de sus propiedades ópticas, magnéticas, eléctricas y catalíticas. Muchas de estas propiedades y sus posibles aplicaciones son por  el tamaño y la forma de las mismas: esferas, barras, discos, prismas, etc. Destacan especialmente sus peculiares e inesperadas propiedades fototérmicas, actuando como auténticos (nano-calefactores).  

Dendrímeros: Estos nanomateriales son polímeros de tamaño nanométrico construidos a partir de unidades ramificadas, sin embargo, sus propiedades son distintas a los polímeros hiper ramificados. La superficie de un dendrímero tiene numerosos extremos de cadena, que se pueden adaptar para desempeñar funciones químicas específicas, pues la unión de cada átomo puede ser descrita con exactitud mientras que en los polímeros es probabilística. . Esta propiedad se podría utilizar también para la catálisis. Además, debido a que los dendrímeros tridimensionales contienen cavidades interiores en las que se pueden introducir otras moléculas, pueden ser útiles para la administración de fármacos.

Compuestos: Los compuestos combinan las nanopartículas con otras nanopartículas o con materiales de mayor tamaño. Los materiales compuestos se forman básicamente por la
unión de dos o más materiales, con el fin de conseguir con la combinación propiedades mecánicas y de conducción ideales. Tradicionales presentan algunas limitaciones como por ejemplo, baja ductilidad. En la actualidad, se están desarrollando nanocompositos (materiales formados por nanofases; o sea, con una microestructura compuesta por granos/cristalitos o partículas con dimensiones nanométricas. ), que permiten superar las limitaciones de los materiales compuestos tradicionales. 

Integrantes del equipo:

• Aguirre Valdés Carlos Gerardo• Arteaga González Ana Carolina• Cepeda Amozurrutia Janeth• Cruz Cruz Moisés Alejandro• Figueroa Mendieta Jorge Alejandro• Fuerte Ramirez Jessica Morelia• González Álvarez Marco Antonio• González Rosas Adrián Efrén• López Rangel Rogelio Manuel• Parra López Gerardo