Diferencia entre revisiones de «Nanomaterial»

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Los materiales nanoestructurados suelen clasificarse según las [[Fase (materia)|fases de la materia]] que contengan. Un [[Nanocompuesto|''nanocompuesto'']] es un sólido que contiene al menos una región o conjunto de regiones física o químicamente distintas, con al menos una dimensión en la nanoescala. Una [[Nanoespuma|''nanoespuma'']] tiene una matriz líquida o sólida, rellena de una fase gaseosa, donde una de las dos fases tiene dimensiones en la nanoescala. Un [[Material nanoporoso|''material nanoporoso'']] es un material sólido que contiene [[Nanoporo|nanoporos]], vacíos en forma de poros abiertos o cerrados de longitudes submicrónicas. Un [[Material nanocristalino|''material nanocristalino'']] tiene una fracción significativa de granos de cristal en la nanoescala.<ref>{{cite web|url=https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso:ts:80004:-4:ed-1:v1:en|title=ISO/TS 80004-4:2011 - Nanotechnologies – Vocabulary – Part 4: Nanostructured materials|access-date=2018-01-08|date=2011|website=International Organization for Standardization}}</ref>
Los materiales nanoestructurados suelen clasificarse según las [[Fase (materia)|fases de la materia]] que contengan. Un [[Nanocompuesto|''nanocompuesto'']] es un sólido que contiene al menos una región o conjunto de regiones física o químicamente distintas, con al menos una dimensión en la nanoescala. Una [[Nanoespuma|''nanoespuma'']] tiene una matriz líquida o sólida, rellena de una fase gaseosa, donde una de las dos fases tiene dimensiones en la nanoescala. Un [[Material nanoporoso|''material nanoporoso'']] es un material sólido que contiene [[Nanoporo|nanoporos]], vacíos en forma de poros abiertos o cerrados de longitudes submicrónicas. Un [[Material nanocristalino|''material nanocristalino'']] tiene una fracción significativa de granos de cristal en la nanoescala.<ref>{{cite web|url=https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso:ts:80004:-4:ed-1:v1:en|title=ISO/TS 80004-4:2011 - Nanotechnologies – Vocabulary – Part 4: Nanostructured materials|access-date=2018-01-08|date=2011|website=International Organization for Standardization}}</ref>

=== Materiales nanoporosos ===
El término materiales nanoporosos engloba subconjuntos de materiales microporosos y mesoporosos. Los materiales microporosos son materiales porosos con un tamaño medio de poro inferior a 2 nm, mientras que los materiales mesoporosos son aquellos con tamaños de poro en la región de 2-50 nm.<ref name="porous">{{cite journal|title=Bispropylurea bridged polysilsesquioxane: A microporous MOF-likematerial for molecular recognition|vauthors=Doustkhah E et al.|journal=Chemosphere|volume=276|pages=130181|bibcode=2021Chmsp.276m0181D|doi=10.1016/j.chemosphere.2021.130181|pmid=33735650|year=2021|arxiv=2104.06715|s2cid=232304875}}</ref> Los materiales microporosos presentan tamaños de poro con una escala de longitud comparable a la de las moléculas pequeñas. Por este motivo, estos materiales pueden tener aplicaciones valiosas, como las membranas de separación. Los materiales mesoporosos son interesantes para aplicaciones que requieren una elevada superficie específica, al tiempo que permiten la penetración de moléculas que pueden ser demasiado grandes para entrar en los poros de un material microporoso. En algunas fuentes, los materiales nanoporosos y la nanoespuma se consideran a veces nanoestructuras, pero no nanomateriales, porque sólo los huecos, y no los materiales en sí, son de escala nanométrica.<ref name=":1">{{cite web|url=http://nanoparticles.org/pdf/nanometrology.pdf|title=Eighth Nanoforum Report: Nanometrology|date=July 2006|website=Nanoforum|pages=13–14}}</ref> Aunque la definición de la ISO sólo considera nanopartículas los nanoobjetos redondos, otras fuentes utilizan el término nanopartícula para todas las formas.<ref>{{cite book|title=Nanotechnology Standards|last1=Klaessig|first1=Fred|last2=Marrapese|first2=Martha|last3=Abe|first3=Shuji|date=2011|publisher=Springer, New York, NY|isbn=9781441978523|series=Nanostructure Science and Technology|pages=21–52|language=en|doi=10.1007/978-1-4419-7853-0_2}}</ref>

=== Nanopartículas ===
''Artículo principal:'' [[Nanopartícula|Nanopartículas]]

Las nanopartículas tienen las tres dimensiones en la nanoescala. Las nanopartículas también pueden incrustarse en un sólido para formar un nanocompuesto.<ref name=":1" />

==== Fullerenos ====
''Artículo principal'': [[Fullereno]]

Los fullerenos son una clase de [[Alotropía|alótropos]] del [[carbono]] que conceptualmente son láminas de [[grafeno]] enrolladas en tubos o esferas. Entre ellos se encuentran los [[Nanotubo|nanotubos de carbono]] (o [[Nanotubo de silicio|nanotubos de silicio]]), interesantes tanto por su resistencia mecánica como por sus propiedades eléctricas.<ref name="Encyclopædia Britannica">{{cite web|url=https://www.britannica.com/EBchecked/topic/221916/fullerene|title=Fullerenes|publisher=Encyclopædia Britannica}}</ref>

Vista giratoria del C60, un tipo de fullereno

La primera molécula de fullereno descubierta y homónima de la familia, el [[buckminsterfullereno]] (C<sub>60</sub>), fue preparada en 1985 por [[Richard Smalley]], [[Robert F. Curl|Robert Curl]], James Heath, Sean O'Brien y [[Harold Kroto]] en la [[Universidad Rice]]. El nombre era un homenaje a [[Richard Buckminster Fuller|Buckminster Fuller]], a cuyas [[Cúpula geodésica|cúpulas geodésicas]] se parece. Desde entonces, se ha descubierto que los fullerenos están presentes en la naturaleza.<ref name="Buseck_et_al">{{cite journal|title=Fullerenes from the Geological Environment|last1=Buseck|first1=P.R.|last2=Tsipursky|first2=S.J.|journal=[[Science (journal)|Science]]|volume=257|issue=5067|pages=215–7|bibcode=1992Sci...257..215B|doi=10.1126/science.257.5067.215|pmid=17794751|last3=Hettich|first3=R.|year=1992|s2cid=4956299}}</ref> Más recientemente, se han detectado fullerenos en el espacio exterior.<ref>{{cite journal|url=http://pdfs.semanticscholar.org/c14b/a4455e17f5045539de4a2d78bcf19825ce38.pdf|title=Detection of C<sub>60</sub> and C<sub>70</sub> in a Young Planetary Nebula|last1=Cami|first1=J|last2=Bernard-Salas|first2=J.|date=2 September 2010|journal=[[Science (journal)|Science]]|volume=329|issue=5996|pages=1180–2|bibcode=2010Sci...329.1180C|doi=10.1126/science.1192035|pmid=20651118|archive-url=https://web.archive.org/web/20190303024856/http://pdfs.semanticscholar.org/c14b/a4455e17f5045539de4a2d78bcf19825ce38.pdf|archive-date=3 March 2019|last3=Peeters|first3=E.|last4=Malek|first4=S. E.|s2cid=33588270|url-status=dead}}</ref>

Durante la última década, las propiedades químicas y físicas de los fullerenos han sido un tema candente en el campo de la investigación y el desarrollo, y es probable que lo sigan siendo durante mucho tiempo. En abril de 2003, se estaban estudiando [[Nanomedicina|posibles usos medicinales]] de los fullerenos: unir [[Antibiótico|antibióticos]] específicos a la estructura de bacterias resistentes e incluso dirigirse a ciertos tipos de células cancerosas, como las del [[melanoma]]. El número de octubre de 2005 de Chemistry and Biology contiene un artículo en el que se describe el uso de los fullerenos como agentes antimicrobianos activados por la luz. En el campo de la nanotecnología, la resistencia al calor y la [[superconductividad]] son algunas de las propiedades que suscitan una intensa investigación.

Un método habitual para producir fullerenos consiste en enviar una gran corriente entre dos electrodos de grafito cercanos en una atmósfera inerte. El arco de [[Plasma (estado de la materia)|plasma de carbono]] resultante entre los electrodos se enfría hasta formar un residuo de hollín del que se pueden aislar muchos fullerenos.

Se han realizado muchos cálculos con métodos cuánticos [[Ab initio|ab-initio]] aplicados a los fullerenos. Mediante métodos [[Teoría del funcional de la densidad|DFT]] y TDDFT se pueden obtener espectros [[Radiación infrarroja|IR]], [[Espectroscopia Raman|Raman]] y [[Radiación ultravioleta|UV]]. Los resultados de estos cálculos pueden compararse con los experimentales.

==== Nanopartículas metálicas ====
Los nanomateriales inorgánicos (por ejemplo, [[Punto cuántico|puntos cuánticos]], [[Nanohilo|nanocables]] y [[Nanorod|nanorods]]), por sus interesantes propiedades ópticas y eléctricas, podrían utilizarse en [[optoelectrónica]]. Además, las propiedades ópticas y electrónicas de los nanomateriales, que dependen de su tamaño y forma, pueden ajustarse mediante técnicas sintéticas. Existen posibilidades de utilizar esos materiales en dispositivos optoelectrónicos basados en materiales orgánicos, como [[Célula fotovoltaica orgánica|células solares orgánicas]], [[Diodo orgánico de emisión de luz|OLED]], etc. Los principios de funcionamiento de estos dispositivos se rigen por procesos fotoinducidos como la [[Reducción-oxidación|transferencia de electrones]] y la transferencia de energía. El rendimiento de los dispositivos depende de la eficiencia del proceso fotoinducido responsable de su funcionamiento. Por lo tanto, es necesario comprender mejor esos procesos fotoinducidos en sistemas compuestos de nanomateriales orgánicos/inorgánicos para poder utilizarlos en dispositivos optoelectrónicos.

Las nanopartículas o [[Nanocristal|nanocristales]] de metales, semiconductores u óxidos revisten especial interés por sus propiedades mecánicas, eléctricas, magnéticas, ópticas y químicas, entre otras.<ref>{{cite journal|title=Stability and conductivity of self assembled wires in a transverse electric field|last1=Stephenson|first1=C.|last2=Hubler|first2=A.|date=2015|journal=Sci. Rep.|volume=5|pages=15044|bibcode=2015NatSR...515044S|doi=10.1038/srep15044|pmc=4604515|pmid=26463476}}</ref><ref>{{cite journal|title=Gap size dependence of the dielectric strength in nano vacuum gaps|last1=Hubler|first1=A.|last2=Lyon|first2=D.|date=2013|journal=IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation|volume=20|issue=4|pages=1467–1471|doi=10.1109/TDEI.2013.6571470|s2cid=709782}}</ref>Las nanopartículas se han utilizado como [[Punto cuántico|puntos cuánticos]] y como [[Catálisis|catalizadores]] químicos, como los [[Catalizador basado en nanomateriales|catalizadores basados en nanomateriales]]. Últimamente se están investigando diversas nanopartículas para aplicaciones [[Biomedicina|biomédicas]] como la [[ingeniería de tejidos]], la administración de fármacos o los [[Biosensor|biosensores]].<ref>{{cite journal|title=Variable Doping Induces Mechanism Swapping in Electrogenerated Chemiluminescence of Ru(bpy)32+ Core−Shell Silica Nanoparticles|vauthors=Valenti G, Rampazzo R, Bonacchi S, Petrizza L, Marcaccio M, Montalti M, Prodi L, Paolucci F|journal=J. Am. Chem. Soc.|volume=138|issue=49|pages=15935–15942|doi=10.1021/jacs.6b08239|pmid=27960352|year=2016|hdl=11585/583548|hdl-access=free}}</ref><ref>{{cite journal|title=Nanomaterials for Engineering Stem Cell Responses|last1=Kerativitayanan|first1=P|last2=Carrow|first2=JK|date=26 May 2015|journal=Advanced Healthcare Materials|volume=4|issue=11|pages=1600–27|doi=10.1002/adhm.201500272|pmid=26010739|last3=Gaharwar|first3=AK|s2cid=21582516}}</ref>

Las nanopartículas son de gran interés científico porque constituyen un puente entre los materiales a granel y las estructuras atómicas o moleculares. Un material a granel debería tener propiedades físicas constantes independientemente de su tamaño, pero a escala nanométrica esto no suele ser así. Se observan propiedades que dependen del tamaño, como el [[confinamiento cuántico]] en partículas [[Semiconductor|semiconductoras]], la [[resonancia plasmónica superficial]] en algunas partículas metálicas y el [[superparamagnetismo]] en materiales [[Magnetismo|magnéticos]].

Las nanopartículas presentan una serie de propiedades especiales en relación con el material a granel. Por ejemplo, la flexión del cobre a granel (alambre, cinta, etc.) se produce con el movimiento de átomos/grupos de cobre a una escala aproximada de 50 nm. Las [[Nanopartícula de cobre|nanopartículas de cobre]] de menos de 50 nm se consideran materiales superduros que no presentan la misma [[maleabilidad]] y [[ductilidad]] que el cobre a granel. El cambio de propiedades no siempre es deseable. Los materiales ferroeléctricos de menos de 10 nm pueden cambiar su dirección de polarización utilizando energía térmica a temperatura ambiente, lo que los hace inútiles para el almacenamiento de memoria. Las [[Suspensión (química)|suspensiones]] de nanopartículas son posibles porque la interacción de la superficie de la partícula con el [[disolvente]] es lo suficientemente fuerte como para superar las diferencias de [[densidad]], que normalmente hacen que un material se hunda o flote en un líquido. Las nanopartículas suelen tener propiedades visuales inesperadas porque son lo bastante pequeñas como para confinar sus electrones y producir efectos cuánticos. Por ejemplo, las [[Nanopartícula de oro|nanopartículas de oro]] aparecen entre rojo oscuro y negro en solución.

La relación superficie/volumen de las nanopartículas, a menudo muy elevada, proporciona una enorme fuerza motriz para la [[Difusión (física)|difusión]], especialmente a temperaturas elevadas. La [[sinterización]] es posible a temperaturas más bajas y durante periodos más cortos que en el caso de partículas más grandes. En teoría, esto no afecta a la densidad del producto final, aunque las dificultades de flujo y la tendencia de las nanopartículas a aglomerarse complican las cosas. Los efectos superficiales de las nanopartículas también reducen la [[Punto de fusión|temperatura de fusión]] incipiente.

=== Nanoestructuras unidimensionales ===
Los hilos cristalinos más pequeños posibles, con una sección transversal tan pequeña como la de un átomo, pueden fabricarse en confinamiento cilíndrico.<ref>{{cite journal|title=Atomic structure and dynamic behaviour of truly one-dimensional ionic chains inside carbon nanotubes|vauthors=Suenaga R, Komsa H, Liu Z, Hirose-Takai K, Krasheninnikov A, Suenaga K|journal=Nat. Mater.|volume=13|issue=11|pages=1050–1054|bibcode=2014NatMa..13.1050S|doi=10.1038/nmat4069|pmid=25218060|year=2014}}</ref><ref name="ReferenceA">{{cite journal|title=Single-Atom Scale Structural Selectivity in Te Nanowires Encapsulated inside Ultranarrow, Single-Walled Carbon Nanotubes|vauthors=Medeiros PV, Marks S, Wynn JM, Vasylenko A, Ramasse QM, Quigley D, Sloan J, Morris AJ|journal=ACS Nano|volume=11|issue=6|pages=6178–6185|doi=10.1021/acsnano.7b02225|pmid=28467832|year=2017|arxiv=1701.04774|s2cid=30388342}}</ref><ref name="ReferenceB">{{cite journal|url=http://eprints.whiterose.ac.uk/133545/1/acsnano.pdf|title=Electronic Structure Control of Sub-nanometer 1D SnTe via Nanostructuring within Single-Walled Carbon Nanotubes|vauthors=Vasylenko A, Marks S, Wynn JM, Medeiros PV, Ramasse QM, Morris AJ, Sloan J, Quigley D|journal=ACS Nano|volume=12|issue=6|pages=6023–6031|doi=10.1021/acsnano.8b02261|pmid=29782147|year=2018|doi-access=free}}</ref>Los [[Nanotubo|nanotubos de carbono]], una nanoestructura natural semidimensional, pueden utilizarse como plantilla para la síntesis. El confinamiento proporciona estabilización mecánica y evita que las cadenas atómicas lineales se desintegren; se prevé que otras estructuras de [[Nanohilo|nanohilos]] 1D sean mecánicamente estables incluso al aislarlas de las plantillas.<ref name="ReferenceA2">{{cite journal|title=Single-Atom Scale Structural Selectivity in Te Nanowires Encapsulated inside Ultranarrow, Single-Walled Carbon Nanotubes|vauthors=Medeiros PV, Marks S, Wynn JM, Vasylenko A, Ramasse QM, Quigley D, Sloan J, Morris AJ|journal=ACS Nano|volume=11|issue=6|pages=6178–6185|doi=10.1021/acsnano.7b02225|pmid=28467832|year=2017|arxiv=1701.04774|s2cid=30388342}}</ref><ref name="ReferenceB2">{{cite journal|url=http://eprints.whiterose.ac.uk/133545/1/acsnano.pdf|title=Electronic Structure Control of Sub-nanometer 1D SnTe via Nanostructuring within Single-Walled Carbon Nanotubes|vauthors=Vasylenko A, Marks S, Wynn JM, Medeiros PV, Ramasse QM, Morris AJ, Sloan J, Quigley D|journal=ACS Nano|volume=12|issue=6|pages=6023–6031|doi=10.1021/acsnano.8b02261|pmid=29782147|year=2018|doi-access=free}}</ref>

=== Nanoestructuras bidimensionales ===
Los [[Materiales monocapa|materiales 2D]] son materiales cristalinos formados por una sola capa bidimensional de átomos. El representante más importante, el [[grafeno]], se descubrió en 2004. Las [[Lámina delgada|películas delgadas]] con grosores a nanoescala se consideran nanoestructuras, pero a veces no se consideran nanomateriales porque no existen separadas del sustrato.<ref name=":1" /><ref>"Structural, functional and magnetic ordering modifications in graphene oxide and graphite by 100 MeV gold ion irradiation". Vacuum. 182: 109700. 2020-12-01. doi:10.1016/j.vacuum.2020.109700</ref>

=== Materiales nanoestructurados a granel ===
Algunos materiales a granel contienen características a nanoescala, como los [[Nanocompuesto|nanocompuestos]], los [[Material nanocristalino|materiales nanocristalinos]], las [[Película nanoestructurada|películas nanoestructuradas]] y las [[Superficie nanotexturizada|superficies nanotexturizadas]].<ref name=":1" />

La nanoestructura de [[grafeno]] en forma de caja (BSG) es un ejemplo de nanomaterial tridimensional. <ref name="stm2016">{{cite journal|title=STM observation of a box-shaped graphene nanostructure appeared after mechanical cleavage of pyrolytic graphite|last1=Lapshin|first1=Rostislav V.|date=January 2016|journal=Applied Surface Science|volume=360|pages=451–460|bibcode=2016ApSS..360..451L|doi=10.1016/j.apsusc.2015.09.222|arxiv=1611.04379|s2cid=119369379}}</ref>La nanoestructura BSG ha aparecido tras la escisión mecánica del [[grafito pirolítico]]. Esta nanoestructura es un sistema multicapa de nanocanales huecos paralelos situados a lo largo de la superficie y con sección transversal cuadrangular. El grosor de las paredes de los canales es aproximadamente igual a 1 nm. La anchura típica de las facetas de los canales es de unos 25 nm.

== Aplicaciones ==
''Artículo principal:'' [[Aplicaciones de la nanotecnología]]

Los nanomateriales se utilizan en una gran variedad de procesos de fabricación, productos y cuidados sanitarios, como pinturas, filtros, aislantes y aditivos para lubricantes. En sanidad, las [[Nanozima|nanozimas]] son nanomateriales con características similares a las enzimas.<ref>{{cite journal|title=Nanomaterials with enzyme-like characteristics (nanozymes): next-generation artificial enzymes|last1=Wei|first1=Hui|last2=Wang|first2=Erkang|date=2013-06-21|journal=Chemical Society Reviews|volume=42|issue=14|pages=6060–93|doi=10.1039/C3CS35486E|pmid=23740388}}</ref> Son un tipo emergente de enzimas artificiales, que se han utilizado para amplias aplicaciones en campos como la biodetección, la bioimagen, el diagnóstico de tumores <ref>{{cite journal|title=Highly sensitive electrochemiluminescence detection of a prostate cancer biomarker|last1=Juzgado|first1=A.|last2=Solda|first2=A.|journal=J. Mater. Chem. B|volume=5|issue=32|pages=6681–6687|doi=10.1039/c7tb01557g|pmid=32264431|last3=Ostric|first3=A.|last4=Criado|first4=A.|last5=Valenti|first5=G.|last6=Rapino|first6=S.|last7=Conti|first7=G.|last8=Fracasso|first8=G.|last9=Paolucci|first9=F.|year=2017|last10=Prato|first10=M.}}</ref>o la antibioincrustación, entre otros.

Se pueden fabricar filtros de alta calidad utilizando nanoestructuras; estos filtros son capaces de eliminar partículas tan pequeñas como un virus, como se ve en un filtro de agua creado por Seldon Technologies. Recientemente se han propuesto [[Biorreactor de membrana|biorreactores de membrana]] con nanomateriales (NMs-MBR), la próxima generación de MBR convencionales, para el tratamiento avanzado de aguas residuales. <ref>{{cite journal|title=A critical review on nanomaterials membrane bioreactor (NMs-MBR) for wastewater treatment|last1=Pervez|first1=Md Nahid|last2=Balakrishnan|first2=Malini|date=2020-11-05|journal=NPJ Clean Water|volume=3|issue=1|pages=1–21|language=en|issn=2059-7037|doi=10.1038/s41545-020-00090-2|last3=Hasan|first3=Shadi Wajih|last4=Choo|first4=Kwang-Ho|last5=Zhao|first5=Yaping|last6=Cai|first6=Yingjie|last7=Zarra|first7=Tiziano|last8=Belgiorno|first8=Vincenzo|last9=Naddeo|first9=Vincenzo|doi-access=free}}</ref>

En el campo de la purificación del aire, la nanotecnología se utilizó para combatir la propagación del [[Síndrome respiratorio de Oriente Medio|MERS]] en los hospitales de Arabia Saudí en 2012.<ref name="Nanovate">{{cite book|last1=Anis|first1=Mohab|last2=AlTaher|first2=Ghada|last3=Sarhan|first3=Wesam|last4=Elsemary|first4=Mona|title=Nanovate|date=2017|publisher=Springer|isbn=9783319448619|page=105}}</ref> Los nanomateriales se están utilizando en tecnologías de aislamiento modernas y seguras para el ser humano, en el pasado se encontraban en aislantes a base de amianto.

Como aditivo [[lubricante]], los nanomateriales tienen la capacidad de reducir la fricción en las piezas móviles. Las piezas desgastadas y corroídas también pueden repararse con nanopartículas anisótropas autoensamblables llamadas TriboTEX. <ref name="Nanovate" />

Los nanomateriales también se han aplicado en diversas industrias y productos de consumo. Las nanopartículas minerales, como el [[Óxido de titanio(IV)|óxido de titanio]], se han utilizado para mejorar la protección UV de los [[Protector solar|protectores solares]]. En la industria del deporte, se han fabricado bates más ligeros con nanotubos de carbono para mejorar su rendimiento. Otra aplicación es en el ejército, donde se han utilizado nanopartículas de pigmentos móviles para crear un camuflaje más eficaz. Los nanomateriales también pueden utilizarse en aplicaciones de catalizadores de tres vías (TWC). Los convertidores TWC tienen la ventaja de controlar la emisión de [[óxidos de nitrógeno]] (NOx), precursores de la [[lluvia ácida]] y el smog.<ref>{{cite journal|title=Ceo2 Based Catalysts for the Treatment of Propylene in Motorcycle's Exhaust Gases|last1=Pham|first1=Phuong|last2=Minh|first2=Thang|date=17 November 2014|journal=Materials|volume=7|issue=11|pages=7379–7397|bibcode=2014Mate....7.7379P|doi=10.3390/ma7117379|pmc=5512641|pmid=28788253|last3=Nguyen|first3=Tien|last4=Van Driessche|first4=Isabel|doi-access=free}}</ref> En la estructura core-shell, los nanomateriales forman una cáscara como soporte del catalizador para proteger los metales nobles, como el [[paladio]] y el [[rodio]].<ref>{{cite journal|title=Automotive catalytic converters: current status and some perspectives|last1=Kašpar|first1=Jan|last2=Fornasiero|first2=Paolo|date=January 2003|journal=Catalysis Today|volume=77|issue=4|pages=419–449|doi=10.1016/S0920-5861(02)00384-X|last3=Hickey|first3=Neal}}</ref> La función principal es que los soportes pueden utilizarse para transportar los componentes activos de los catalizadores, hacer que estén muy dispersos, reducir el uso de metales nobles, aumentar la actividad de los catalizadores y mejorar la resistencia mecánica.

== Síntesis ==
El objetivo de cualquier método de síntesis de nanomateriales es obtener un material que presente propiedades derivadas de su escala de longitud característica en el rango nanométrico (1 - 100 nm). Por consiguiente, el método sintético debe permitir controlar el tamaño en este intervalo para poder obtener una u otra propiedad. A menudo, los métodos se dividen en dos tipos principales, "ascendentes" y "descendentes".

=== Métodos ascendentes ===
Los métodos ascendentes implican el ensamblaje de átomos o moléculas en conjuntos nanoestructurados. En estos métodos, las fuentes de materia prima pueden ser gases, líquidos o sólidos. Estos últimos requieren algún tipo de desmontaje antes de su incorporación a una nanoestructura. Los métodos ascendentes suelen dividirse en dos categorías: caóticos y controlados.

Los procesos caóticos implican elevar los átomos o moléculas constituyentes a un estado caótico y luego cambiar repentinamente las condiciones para que ese estado se vuelva inestable. Mediante la manipulación inteligente de cualquier número de parámetros, se forman productos en gran medida como resultado de la cinética aseguradora. El colapso a partir del estado caótico puede ser difícil o imposible de controlar, por lo que la estadística de conjuntos suele regir la distribución de tamaños y el tamaño medio resultantes. En consecuencia, la formación de nanopartículas se controla mediante la manipulación del estado final de los productos. Ejemplos de procesos caóticos son la ablación por láser,<ref name="Elsevier">{{cite book|last1=Wang|first1=Shujun|last2=Gao|first2=Lihong|title=Industrial Applications of Nanomaterials|date=2019|publisher=Elsevier|isbn=978-0-12-815749-7|pages=181–203|chapter=Laser-driven nanomaterials and laser-enabled nanofabrication for industrial applications|doi=10.1016/B978-0-12-815749-7.00007-4|s2cid=202212003}}</ref> la explosión de alambre, el arco, la pirólisis por llama, la combustión<ref>Rawat, Pankaj Singh, R. C. Srivastava, Gagan Dixit, G. C. Joshi, and K. Asokan. "Facile synthesis and temperature dependent dielectric properties of MnFe2O4 nanoparticles." In AIP Conference Proceedings, vol. 2115, no. 1, p. 030104. AIP Publishing LLC, 2019.https://doi.org/10.1063/1.5112943</ref> y las técnicas de síntesis por precipitación.

Los procesos controlados implican el suministro controlado de los átomos o moléculas constituyentes al lugar o lugares de formación de las nanopartículas, de manera que éstas puedan crecer hasta alcanzar un tamaño prescrito de forma controlada. Por lo general, el estado de los átomos o moléculas constituyentes nunca está lejos del necesario para la formación de nanopartículas. Por consiguiente, la formación de nanopartículas se controla mediante el control del estado de los reactivos. Ejemplos de procesos controlados son la solución de crecimiento autolimitada, la [[Deposición de capas atómicas|deposición química de vapor autolimitada]], las técnicas de láser de femtosegundo de pulso modelado, los enfoques vegetales y microbianos<ref>{{Cite journal|url=https://www.mdpi.com/1420-3049/28/1/463|title=Plant and Microbial Approaches as Green Methods for the Synthesis of Nanomaterials: Synthesis, Applications, and Future Perspectives|last2=Alzahrani|first2=Fatimah Mohammed|date=January 2023|journal=Molecules|volume=28|issue=1|pages=463|language=en|issn=1420-3049|doi=10.3390/molecules28010463|last3=Amari|first3=Abdelfattah|last4=Osman|first4=Haitham|last5=Harharah|first5=Hamed N.|last6=Elboughdiri|first6=Noureddine|last7=Tahoon|first7=Mohamed A.|last=Alsaiari|first=Norah Salem}}</ref> y la [[epitaxia de haz molecular]].

=== Métodos descendentes ===
Los métodos descendentes adoptan alguna "fuerza" (por ejemplo, fuerza mecánica, láser) para romper los materiales a granel en nanopartículas. Un método muy popular que consiste en descomponer mecánicamente materiales a granel en nanomateriales es el "molido de bolas". Además, las nanopartículas también pueden fabricarse por ablación láser, que aplica láseres de pulsos cortos (por ejemplo, láser de femtosegundo) para ablacionar un objetivo (sólido).<ref name="Elsevier" />


== Véase también ==
== Véase también ==

Revisión del 10:45 26 may 2023

Los nanomateriales son materiales con propiedades morfológicas más pequeñas que 1 µm en al menos una dimensión.[1]​ A pesar del hecho de que no hay consenso sobre el tamaño mínimo o máximo de un nanomaterial, algunos autores restringen su tamaño de 1 a 100 nm, una definición lógica situaría la nanoescala entre la microescala (1 µm) y la escala atómica/molecular (alrededor de 0.2 nm).

El 18 de octubre de 2011, la Comisión Europea adoptó la siguiente definición de nanomaterial: "Un material natural, incidental o fabricado que contiene partículas, en estado no aglomerado o como agregado o como aglomerado y para el 50% o más de las partículas en la distribución del tamaño numérico, una o más dimensiones externas está en el rango de tamaño de 1 nm - 100 nm. En casos específicos y cuando lo justifique la preocupación por el medio ambiente, la salud, la seguridad o la competitividad, el umbral del 50% de la distribución del tamaño numérico podrá sustituirse por un umbral comprendido entre el 1% y el 50%".[2]​

Conceptos fundamentales

Un aspecto único de la nanotecnología es la enorme razón de superficie a volumen presente en muchos materiales en nanoescala que propicia la aparición de nuevos efectos mecánico cuánticos, por ejemplo, el "efecto de tamaño de cuanto" en el que las propiedades electrónicas de los sólidos se ve alterada con una gran reducción en el tamaño de las partículas. Este efecto no tiene importancia al ir de macro a micro dimensiones. Sin embargo, se vuelve dominante cuando la nanoescala es alcanzada. Además, varias propiedades físicas cambian cuando se compara con sistemas macroscópicos. Las nuevas propiedades de los nanomateriales es el sujeto de la investigación nanomecánica. Sus actividades catalíticas revelan novedosas propiedades en la interacción con biomateriales.

La nanotecnología puede ser imaginada como la extensión de las disciplinas tradicionales hacia la consideración explícita de las mencionadas propiedades. Además, las disciplinas tradicionales pueden ser reinterpretadas como aplicaciones específicas de nanotecnología. Esta reciprocidad dinámica de ideas y conceptos contribuye a la comprensión moderna del campo. Ampliamente hablando, la nanotecnología es la síntesis y aplicación de ideas provenientes de la ciencia y la ingeniería hacia la comprensión y producción de materiales y dispositivos novedosos.

Los materiales reducidos a la nanoescala pueden súbitamente mostrar propiedades muy diferentes a las que exhiben en una macroescala, posibilitando aplicaciones únicas. Por ejemplo, sustancias opacas se vuelven transparentes (cobre); materiales inertes se transforman en catalizadores (platino); materiales estables se transforman en combustibles (aluminio); sólidos se vuelven líquidos a temperatura ambiente (oro); aislantes se vuelven conductores (silicona). Materiales como el oro, que es químicamente inerte en escalas normales, pueden servir como catalizadores a nanoescalas. Mucha de la fascinación que produce la nanotecnología proviene de estos peculiares fenómenos cuánticos y de superficie que la materia exhibe en nanoescala.

Partículas de polvo de tamaño nanométrico (también llamadas nanopartículas) son potencialmente importantes en la cerámica y la pulvimetalurgia, el logro de nanoporosidad uniforme y otras aplicaciones similares. La fuerte tendencia de pequeñas partículas de formar grupos es un serio problema tecnológico que impide tales aplicaciones. Sin embargo, algunos dispersores como el citrato de amoníaco (acuoso) y el alcohol oleico (no acuoso) son aditivos prometedores para la desaglomeración.

Los nanomateriales pueden ser subdivididos en nanopartículas, nanocapas y nanocompuestos. El enfoque de los nanomateriales es una aproximación desde abajo hacia arriba a las estructuras y efectos funcionales de forma que la construcción de bloques de materiales son diseñados y ensamblados de forma controlada.

Un reciente informe de Small Times predice un fuerte crecimiento de los denominados nanomateriales. En el mismo se comentan los diferentes tipos existentes en la actualidad (tales como las nanoarcillas para reforzar plásticos) o los nanotubos de carbono para agregar conductividad a varios materiales.

Muchos de estos avances los están llevando a cabo empresas norteamericanas pequeñas y medianas en colaboración con empresas líderes.

Existen tres categorías básicas de nanomateriales desde el punto de vista comercial y desarrollo: óxidos metálicos, nanoarcillas y nanotubos de carbono. Los que más han avanzado desde el punto de vista comercial son las nanopartículas de óxido metálico.

Fuentes

Ingeniería

Los nanomateriales de ingeniería han sido diseñados y fabricados deliberadamente por el ser humano para que tengan determinadas propiedades.[3]​[4]​

Los nanomateriales heredados son los que se producían comercialmente antes del desarrollo de la nanotecnología como avances incrementales respecto a otros materiales coloidales o en partículas,[5]​[6]​[7]​como el negro de carbón y las nanopartículas de dióxido de titanio.[8]​

Incidental

Los nanomateriales pueden producirse de forma no intencionada como subproducto de procesos mecánicos o industriales a través de la combustión y la vaporización. Entre las fuentes de nanopartículas accidentales se encuentran los tubos de escape de los motores de los vehículos, la fundición, los humos de soldadura, los procesos de combustión de la calefacción doméstica con combustibles sólidos y la cocina. Por ejemplo, la clase de nanomateriales llamados fullerenos se generan al quemar gas, biomasa y velas.[9]​ También puede ser un subproducto de productos de desgaste y corrosión.[10]​ Las nanopartículas atmosféricas incidentales suelen denominarse partículas ultrafinas, que se producen de forma no intencionada durante una operación intencionada, y podrían contribuir a la contaminación atmosférica.[11]​[12]​

Natural

Los sistemas biológicos presentan a menudo nanomateriales naturales y funcionales. La estructura de los foraminíferos (principalmente caliza) y los virus (proteína, cápside), los cristales de cera que recubren una hoja de loto o capuchina, la seda de las arañas y los ácaros,[13]​ el tono azul de las tarántulas,[14]​ las "espátulas" de la parte inferior de las patas de las salamanquesas, algunas escamas de alas de mariposa, los coloides naturales (leche, sangre), los materiales córneos (piel, garras, picos, plumas, cuernos, pelo), el papel, el algodón, el nácar, los corales e incluso nuestra propia matriz ósea son nanomateriales orgánicos naturales.

Los nanomateriales inorgánicos naturales se producen mediante el crecimiento de cristales en las diversas condiciones químicas de la corteza terrestre. Por ejemplo, las arcillas presentan nanoestructuras complejas debido a la anisotropía de su estructura cristalina subyacente, y la actividad volcánica puede dar lugar a ópalos, que son un ejemplo de cristales fotónicos naturales debido a su estructura a nanoescala. Los incendios representan reacciones especialmente complejas y pueden producir pigmentos, cemento, sílice pirógena, etc.

Las fuentes naturales de nanopartículas son los productos de combustión de los incendios forestales, las cenizas volcánicas, las salpicaduras oceánicas y la desintegración radiactiva del gas radón. Los nanomateriales naturales también pueden formarse a través de procesos de meteorización de rocas que contienen metales o aniones, así como en lugares de drenaje ácido de minas.[15]​

Galería de nanomateriales naturales

  • Cápside viral
    Cápside viral
  • "Efecto loto", efecto hidrófobo con capacidad de autolimpieza
    "Efecto loto", efecto hidrófobo con capacidad de autolimpieza
  • Mejor detalle de la parte inferior del pie de un geco cuando camina sobre una pared de cristal (espátula: 200 × 10-15 nm)
    Mejor detalle de la parte inferior del pie de un geco cuando camina sobre una pared de cristal (espátula: 200 × 10-15 nm)
  • Micrografía SEM de la escama de un ala de mariposa (× 5000)
    Micrografía SEM de la escama de un ala de mariposa (× 5000)
  • Pluma de pavo real (detalle)
    Pluma de pavo real (detalle)
  • Ópalo de cristal brasileño. El juego de colores se debe a la interferencia y difracción de la luz entre esferas de sílice (150 - 300 nm de diámetro).
    Ópalo de cristal brasileño. El juego de colores se debe a la interferencia y difracción de la luz entre esferas de sílice (150 - 300 nm de diámetro).
  • Tonalidad azul de una especie de tarántula (450 nm ± 20 nm)
    Tonalidad azul de una especie de tarántula (450 nm ± 20 nm)

Tipos

Los nanoobjetos se suelen clasificar en función de cuántas de sus dimensiones entran en la nanoescala. Una nanopartícula se define como un nanoobjeto con las tres dimensiones externas en la nanoescala, cuyos ejes más largo y más corto no difieren significativamente. Una nanofibra tiene dos dimensiones externas en la nanoescala, siendo los nanotubos nanofibras huecas y los nanorods nanofibras sólidas. Una nanoplaca/nanohoja tiene una dimensión externa en la nanoescala,[16]​ y si las dos dimensiones mayores son significativamente diferentes se denomina nanocinta. En el caso de las nanofibras y las nanoplacas, las otras dimensiones pueden estar o no en la nanoescala, pero deben ser significativamente mayores. En todos estos casos, se observa que una diferencia significativa suele ser al menos un factor de 3.[17]​

Los materiales nanoestructurados suelen clasificarse según las fases de la materia que contengan. Un nanocompuesto es un sólido que contiene al menos una región o conjunto de regiones física o químicamente distintas, con al menos una dimensión en la nanoescala. Una nanoespuma tiene una matriz líquida o sólida, rellena de una fase gaseosa, donde una de las dos fases tiene dimensiones en la nanoescala. Un material nanoporoso es un material sólido que contiene nanoporos, vacíos en forma de poros abiertos o cerrados de longitudes submicrónicas. Un material nanocristalino tiene una fracción significativa de granos de cristal en la nanoescala.[18]​

Materiales nanoporosos

El término materiales nanoporosos engloba subconjuntos de materiales microporosos y mesoporosos. Los materiales microporosos son materiales porosos con un tamaño medio de poro inferior a 2 nm, mientras que los materiales mesoporosos son aquellos con tamaños de poro en la región de 2-50 nm.[19]​ Los materiales microporosos presentan tamaños de poro con una escala de longitud comparable a la de las moléculas pequeñas. Por este motivo, estos materiales pueden tener aplicaciones valiosas, como las membranas de separación. Los materiales mesoporosos son interesantes para aplicaciones que requieren una elevada superficie específica, al tiempo que permiten la penetración de moléculas que pueden ser demasiado grandes para entrar en los poros de un material microporoso. En algunas fuentes, los materiales nanoporosos y la nanoespuma se consideran a veces nanoestructuras, pero no nanomateriales, porque sólo los huecos, y no los materiales en sí, son de escala nanométrica.[20]​ Aunque la definición de la ISO sólo considera nanopartículas los nanoobjetos redondos, otras fuentes utilizan el término nanopartícula para todas las formas.[21]​

Nanopartículas

Artículo principal: Nanopartículas

Las nanopartículas tienen las tres dimensiones en la nanoescala. Las nanopartículas también pueden incrustarse en un sólido para formar un nanocompuesto.[20]​

Fullerenos

Artículo principal: Fullereno

Los fullerenos son una clase de alótropos del carbono que conceptualmente son láminas de grafeno enrolladas en tubos o esferas. Entre ellos se encuentran los nanotubos de carbono (o nanotubos de silicio), interesantes tanto por su resistencia mecánica como por sus propiedades eléctricas.[22]​

Vista giratoria del C60, un tipo de fullereno

La primera molécula de fullereno descubierta y homónima de la familia, el buckminsterfullereno (C60), fue preparada en 1985 por Richard Smalley, Robert Curl, James Heath, Sean O'Brien y Harold Kroto en la Universidad Rice. El nombre era un homenaje a Buckminster Fuller, a cuyas cúpulas geodésicas se parece. Desde entonces, se ha descubierto que los fullerenos están presentes en la naturaleza.[23]​ Más recientemente, se han detectado fullerenos en el espacio exterior.[24]​

Durante la última década, las propiedades químicas y físicas de los fullerenos han sido un tema candente en el campo de la investigación y el desarrollo, y es probable que lo sigan siendo durante mucho tiempo. En abril de 2003, se estaban estudiando posibles usos medicinales de los fullerenos: unir antibióticos específicos a la estructura de bacterias resistentes e incluso dirigirse a ciertos tipos de células cancerosas, como las del melanoma. El número de octubre de 2005 de Chemistry and Biology contiene un artículo en el que se describe el uso de los fullerenos como agentes antimicrobianos activados por la luz. En el campo de la nanotecnología, la resistencia al calor y la superconductividad son algunas de las propiedades que suscitan una intensa investigación.

Un método habitual para producir fullerenos consiste en enviar una gran corriente entre dos electrodos de grafito cercanos en una atmósfera inerte. El arco de plasma de carbono resultante entre los electrodos se enfría hasta formar un residuo de hollín del que se pueden aislar muchos fullerenos.

Se han realizado muchos cálculos con métodos cuánticos ab-initio aplicados a los fullerenos. Mediante métodos DFT y TDDFT se pueden obtener espectros IR, Raman y UV. Los resultados de estos cálculos pueden compararse con los experimentales.

Nanopartículas metálicas

Los nanomateriales inorgánicos (por ejemplo, puntos cuánticos, nanocables y nanorods), por sus interesantes propiedades ópticas y eléctricas, podrían utilizarse en optoelectrónica. Además, las propiedades ópticas y electrónicas de los nanomateriales, que dependen de su tamaño y forma, pueden ajustarse mediante técnicas sintéticas. Existen posibilidades de utilizar esos materiales en dispositivos optoelectrónicos basados en materiales orgánicos, como células solares orgánicas, OLED, etc. Los principios de funcionamiento de estos dispositivos se rigen por procesos fotoinducidos como la transferencia de electrones y la transferencia de energía. El rendimiento de los dispositivos depende de la eficiencia del proceso fotoinducido responsable de su funcionamiento. Por lo tanto, es necesario comprender mejor esos procesos fotoinducidos en sistemas compuestos de nanomateriales orgánicos/inorgánicos para poder utilizarlos en dispositivos optoelectrónicos.

Las nanopartículas o nanocristales de metales, semiconductores u óxidos revisten especial interés por sus propiedades mecánicas, eléctricas, magnéticas, ópticas y químicas, entre otras.[25]​[26]​Las nanopartículas se han utilizado como puntos cuánticos y como catalizadores químicos, como los catalizadores basados en nanomateriales. Últimamente se están investigando diversas nanopartículas para aplicaciones biomédicas como la ingeniería de tejidos, la administración de fármacos o los biosensores.[27]​[28]​

Las nanopartículas son de gran interés científico porque constituyen un puente entre los materiales a granel y las estructuras atómicas o moleculares. Un material a granel debería tener propiedades físicas constantes independientemente de su tamaño, pero a escala nanométrica esto no suele ser así. Se observan propiedades que dependen del tamaño, como el confinamiento cuántico en partículas semiconductoras, la resonancia plasmónica superficial en algunas partículas metálicas y el superparamagnetismo en materiales magnéticos.

Las nanopartículas presentan una serie de propiedades especiales en relación con el material a granel. Por ejemplo, la flexión del cobre a granel (alambre, cinta, etc.) se produce con el movimiento de átomos/grupos de cobre a una escala aproximada de 50 nm. Las nanopartículas de cobre de menos de 50 nm se consideran materiales superduros que no presentan la misma maleabilidad y ductilidad que el cobre a granel. El cambio de propiedades no siempre es deseable. Los materiales ferroeléctricos de menos de 10 nm pueden cambiar su dirección de polarización utilizando energía térmica a temperatura ambiente, lo que los hace inútiles para el almacenamiento de memoria. Las suspensiones de nanopartículas son posibles porque la interacción de la superficie de la partícula con el disolvente es lo suficientemente fuerte como para superar las diferencias de densidad, que normalmente hacen que un material se hunda o flote en un líquido. Las nanopartículas suelen tener propiedades visuales inesperadas porque son lo bastante pequeñas como para confinar sus electrones y producir efectos cuánticos. Por ejemplo, las nanopartículas de oro aparecen entre rojo oscuro y negro en solución.

La relación superficie/volumen de las nanopartículas, a menudo muy elevada, proporciona una enorme fuerza motriz para la difusión, especialmente a temperaturas elevadas. La sinterización es posible a temperaturas más bajas y durante periodos más cortos que en el caso de partículas más grandes. En teoría, esto no afecta a la densidad del producto final, aunque las dificultades de flujo y la tendencia de las nanopartículas a aglomerarse complican las cosas. Los efectos superficiales de las nanopartículas también reducen la temperatura de fusión incipiente.

Nanoestructuras unidimensionales

Los hilos cristalinos más pequeños posibles, con una sección transversal tan pequeña como la de un átomo, pueden fabricarse en confinamiento cilíndrico.[29]​[30]​[31]​Los nanotubos de carbono, una nanoestructura natural semidimensional, pueden utilizarse como plantilla para la síntesis. El confinamiento proporciona estabilización mecánica y evita que las cadenas atómicas lineales se desintegren; se prevé que otras estructuras de nanohilos 1D sean mecánicamente estables incluso al aislarlas de las plantillas.[32]​[33]​

Nanoestructuras bidimensionales

Los materiales 2D son materiales cristalinos formados por una sola capa bidimensional de átomos. El representante más importante, el grafeno, se descubrió en 2004. Las películas delgadas con grosores a nanoescala se consideran nanoestructuras, pero a veces no se consideran nanomateriales porque no existen separadas del sustrato.[20]​[34]​

Materiales nanoestructurados a granel

Algunos materiales a granel contienen características a nanoescala, como los nanocompuestos, los materiales nanocristalinos, las películas nanoestructuradas y las superficies nanotexturizadas.[20]​

La nanoestructura de grafeno en forma de caja (BSG) es un ejemplo de nanomaterial tridimensional. [35]​La nanoestructura BSG ha aparecido tras la escisión mecánica del grafito pirolítico. Esta nanoestructura es un sistema multicapa de nanocanales huecos paralelos situados a lo largo de la superficie y con sección transversal cuadrangular. El grosor de las paredes de los canales es aproximadamente igual a 1 nm. La anchura típica de las facetas de los canales es de unos 25 nm.

Aplicaciones

Artículo principal: Aplicaciones de la nanotecnología

Los nanomateriales se utilizan en una gran variedad de procesos de fabricación, productos y cuidados sanitarios, como pinturas, filtros, aislantes y aditivos para lubricantes. En sanidad, las nanozimas son nanomateriales con características similares a las enzimas.[36]​ Son un tipo emergente de enzimas artificiales, que se han utilizado para amplias aplicaciones en campos como la biodetección, la bioimagen, el diagnóstico de tumores [37]​o la antibioincrustación, entre otros.

Se pueden fabricar filtros de alta calidad utilizando nanoestructuras; estos filtros son capaces de eliminar partículas tan pequeñas como un virus, como se ve en un filtro de agua creado por Seldon Technologies. Recientemente se han propuesto biorreactores de membrana con nanomateriales (NMs-MBR), la próxima generación de MBR convencionales, para el tratamiento avanzado de aguas residuales. [38]​

En el campo de la purificación del aire, la nanotecnología se utilizó para combatir la propagación del MERS en los hospitales de Arabia Saudí en 2012.[39]​ Los nanomateriales se están utilizando en tecnologías de aislamiento modernas y seguras para el ser humano, en el pasado se encontraban en aislantes a base de amianto.

Como aditivo lubricante, los nanomateriales tienen la capacidad de reducir la fricción en las piezas móviles. Las piezas desgastadas y corroídas también pueden repararse con nanopartículas anisótropas autoensamblables llamadas TriboTEX. [39]​

Los nanomateriales también se han aplicado en diversas industrias y productos de consumo. Las nanopartículas minerales, como el óxido de titanio, se han utilizado para mejorar la protección UV de los protectores solares. En la industria del deporte, se han fabricado bates más ligeros con nanotubos de carbono para mejorar su rendimiento. Otra aplicación es en el ejército, donde se han utilizado nanopartículas de pigmentos móviles para crear un camuflaje más eficaz. Los nanomateriales también pueden utilizarse en aplicaciones de catalizadores de tres vías (TWC). Los convertidores TWC tienen la ventaja de controlar la emisión de óxidos de nitrógeno (NOx), precursores de la lluvia ácida y el smog.[40]​ En la estructura core-shell, los nanomateriales forman una cáscara como soporte del catalizador para proteger los metales nobles, como el paladio y el rodio.[41]​ La función principal es que los soportes pueden utilizarse para transportar los componentes activos de los catalizadores, hacer que estén muy dispersos, reducir el uso de metales nobles, aumentar la actividad de los catalizadores y mejorar la resistencia mecánica.

Síntesis

El objetivo de cualquier método de síntesis de nanomateriales es obtener un material que presente propiedades derivadas de su escala de longitud característica en el rango nanométrico (1 - 100 nm). Por consiguiente, el método sintético debe permitir controlar el tamaño en este intervalo para poder obtener una u otra propiedad. A menudo, los métodos se dividen en dos tipos principales, "ascendentes" y "descendentes".

Métodos ascendentes

Los métodos ascendentes implican el ensamblaje de átomos o moléculas en conjuntos nanoestructurados. En estos métodos, las fuentes de materia prima pueden ser gases, líquidos o sólidos. Estos últimos requieren algún tipo de desmontaje antes de su incorporación a una nanoestructura. Los métodos ascendentes suelen dividirse en dos categorías: caóticos y controlados.

Los procesos caóticos implican elevar los átomos o moléculas constituyentes a un estado caótico y luego cambiar repentinamente las condiciones para que ese estado se vuelva inestable. Mediante la manipulación inteligente de cualquier número de parámetros, se forman productos en gran medida como resultado de la cinética aseguradora. El colapso a partir del estado caótico puede ser difícil o imposible de controlar, por lo que la estadística de conjuntos suele regir la distribución de tamaños y el tamaño medio resultantes. En consecuencia, la formación de nanopartículas se controla mediante la manipulación del estado final de los productos. Ejemplos de procesos caóticos son la ablación por láser,[42]​ la explosión de alambre, el arco, la pirólisis por llama, la combustión[43]​ y las técnicas de síntesis por precipitación.

Los procesos controlados implican el suministro controlado de los átomos o moléculas constituyentes al lugar o lugares de formación de las nanopartículas, de manera que éstas puedan crecer hasta alcanzar un tamaño prescrito de forma controlada. Por lo general, el estado de los átomos o moléculas constituyentes nunca está lejos del necesario para la formación de nanopartículas. Por consiguiente, la formación de nanopartículas se controla mediante el control del estado de los reactivos. Ejemplos de procesos controlados son la solución de crecimiento autolimitada, la deposición química de vapor autolimitada, las técnicas de láser de femtosegundo de pulso modelado, los enfoques vegetales y microbianos[44]​ y la epitaxia de haz molecular.

Métodos descendentes

Los métodos descendentes adoptan alguna "fuerza" (por ejemplo, fuerza mecánica, láser) para romper los materiales a granel en nanopartículas. Un método muy popular que consiste en descomponer mecánicamente materiales a granel en nanomateriales es el "molido de bolas". Además, las nanopartículas también pueden fabricarse por ablación láser, que aplica láseres de pulsos cortos (por ejemplo, láser de femtosegundo) para ablacionar un objetivo (sólido).[42]​

Véase también

Referencias

  1. ↑ Cristina Buzea, Ivan Pacheco, and Kevin Robbie "Nanomaterials and Nanoparticles: Sources and Toxicity" Biointerphases 2 (1007) MR17-MR71.
  2. ↑ Nanomaterials. European Commission. Last updated 18 October 2011
  3. ↑ Portela, Carlos M.; Vidyasagar, A.; Krödel, Sebastian; Weissenbach, Tamara; Yee, Daryl W.; Greer, Julia R.; Kochmann, Dennis M. (2020). «Extreme mechanical resilience of self-assembled nanolabyrinthine materials». Proceedings of the National Academy of Sciences 117 (11): 5686-5693. Bibcode:2020PNAS..117.5686P. ISSN 0027-8424. PMC 7084143. PMID 32132212. doi:10.1073/pnas.1916817117. 
  4. ↑ «Current Strategies for Engineering Controls in Nanomaterial Production and Downstream Handling Processes», U.S. National Institute for Occupational Safety and Health (en inglés estadounidense), November 2013: 1-3, 7, 9-10, 17-20, doi:10.26616/NIOSHPUB2014102, consultado el 5 de marzo de 2017 .
  5. ↑ «A New Integrated Approach for Risk Assessment and Management of Nanotechnologies». EU Sustainable Nanotechnologies Project. 2017. pp. 109-112. Consultado el 6 de septiembre de 2017. 
  6. ↑ «Compendium of Projects in the European NanoSafety Cluster». EU NanoSafety Cluster (en inglés). 26 de junio de 2017. p. 10. Archivado desde el original el 24 de marzo de 2012. Consultado el 7 de septiembre de 2017. 
  7. ↑ «Future challenges related to the safety of manufactured nanomaterials». Organisation for Economic Co-operation and Development. 4 de noviembre de 2016. p. 11. Consultado el 6 de septiembre de 2017. 
  8. ↑ Taking Stock of the OSH Challenges of Nanotechnology: 2000 – 2015, The Windsdor Consulting Group, Inc., 18 de agosto de 2016 – via SlideShare .
  9. ↑ Barcelo, Damia; Farre, Marinella (2012). Analysis and Risk of Nanomaterials in Environmental and Food Samples. Oxford: Elsevier. p. 291. ISBN 9780444563286. 
  10. ↑ Sahu, Saura; Casciano, Daniel (2009). Nanotoxicity: From in Vivo and in Vitro Models to Health Risks. Chichester, West Sussex: John Wiley & Sons. p. 227. ISBN 9780470741375. 
  11. ↑ «Radiation Safety Aspects of Nanotechnology». National Council on Radiation Protection and Measurements. 2 de marzo de 2017. pp. 11-15. Consultado el 7 de julio de 2017. 
  12. ↑ Kim, Richard (2014). Asphalt Pavements, Vol. 1. Boca Raton, FL: CRC Press. p. 41. ISBN 9781138027121. 
  13. ↑ Novel natural nanomaterial spins off from spider-mite genome sequencing. Phys.Org (23 May 2013)
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