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Dr. Francis Avilés Cetina*
Un nanómetro (nm, 10-9 m) representa la mil millonésima parte de un metro, es decir, una milésima de micra (10-9m). Para tener una idea de esta escala dimensional, el diámetro de un cabello humano típico es del orden de 50-100 micras; divídalo entre 1000 partes y obtendrá 50-100 nm.
Los materiales en escala nanométrica han demostrado tener ciertas propiedades excepcionales que no presentan los materiales de mayor escala (micrométrica). Por ejemplo, debido al efecto de su tamaño, las partículas en escala nanométrica pueden dispersar la luz visible de forma distinta a las partículas en tamaño micrométrico, dando como resultado un color distinto, o bien, una transparencia óptica en materiales que de otra forma son opacos. De esta manera, podemos encontrar partículas de oro de un color distinto al amarillo al que estamos acostumbrados.
El rápido avance en la ciencia y la tecnología de los nanomateriales y los nanocompuestos poliméricos es, hoy en día, innegable; sus comportamientos novedosos han roto algunos paradigmas y sus aplicaciones han generado adelantos en una gran variedad de industrias, por lo que se espera que estos materiales constituyan uno de los principales motores del desarrollo económico.
Ciertos tipos de nanopartículas pueden usarse, por ejemplo, en bloqueadores solares para dispersar luz ultravioleta, dañina para la piel humana. En electrónica e informática, las propiedades eléctricas de algunas nanoestructuras, como los nanotubos de carbono, pueden ser empleadas para la fabricación de dispositivos de emisión de campo, los cuales podrían aplicarse en la fabricación de pantallas planas, lámparas, tubos luminiscentes y microscopios electrónicos. Debido a su elevada área superficial y capacidad de almacenamiento, algunas nanoestructuras conductoras también pueden ser utilizadas en la generación de baterías recargables, como las de litio, o como electrodos en celdas de combustible para producción de energía de manera alternativa. En el área de medicina, ciertas nanoestructuras biocompatibles pueden ser usadas para entregar fármacos dentro del cuerpo que aniquilen bacterias, debido a su reducido tamaño.
El uso de estas nanoestructuras en sensores químicos (de gases, por ejemplo) y biológicos (glucosa, colesterol, etc.) es también una potencialidad en desarrollo. Además, por su reducido tamaño y elevada área superficial, las propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas (entre otras) de estos nanomateriales son extraordinarias. Esto los ha llevado a ser utilizados como materiales “inteligentes”, los cuales pueden sensar su estado de daño interno y estimar su tiempo de vida. Las nanoarcillas, por ejemplo (que pueden ser obtenidas de suelos yucatecos), poseen una gran capacidad para actuar como elementos retardadores de flama y elevar las capacidades térmicas de algunos materiales utilizados en la industria de la construcción.
Estas excelentes propiedades han creado una gran expectación en la comunidad científica internacional, e incentivado el desarrollo tecnológico y la inversión económica en productos basados en nanotecnología.
El grupo de Nanomateriales de la Unidad de Materiales del Centro de Investigación Científica de Yucatán (CICY) trabaja realizando investigación en materia de síntesis y determinación de las propiedades físicas y químicas de distintos tipos de nanoestructuras, como partículas núcleo-coraza, nanoarcillas, nanotubos de carbono, plaquetas de tipo grafénico y, en general, nanoestructuras de carbono, con la finalidad de conocer el comportamiento de estas nanoestructuras para su posterior inclusión en materiales poliméricos (plásticos reforzados) de mayor escala dimensional.
En la Unidad de Materiales del CICY, se trabaja, por ejemplo, en materiales compuestos poliméricos multiescala, donde el polímero es modificado con una nanoestructura eléctricamente conductora para conferirle propiedades de auto-sensado de daño. Estos materiales avanzados encuentran su principal demanda en los sectores aeroespacial, marino, automotriz y de energías renovables, debido a su alta resistencia, rigidez y propiedades anticorrosivas. El trabajo emprendido en el CICY ha permitido el desarrollo de varios métodos para comprender y mejorar las capacidades de estos materiales, o bien, hacerlos “multifuncionales”, mediante la inclusión de rellenos nanométricos electroconductivos como nanotubos de carbono.
Estas capacidades pueden aprovecharse para fabricar materiales inteligentes capaces de percibir su propia deformación y daño, así como para fabricar sensores biológicos, por ejemplo, de glucosa (azúcar), investigaciones que también se desarrollan en el CICY.
Como muestra de internacionalización y difusión de la ciencia, con el fin de discutir sobre los avances y las tendencias en el área de materiales nanoestructurados y nanocompuestos, el Grupo de Nanomateriales de la Unidad de Materiales del CICY organiza un taller internacional en el tema, denominado “3er Taller de Nanomateriales y Nanocompuestos del Sureste”. Este evento, que contará con expertos de Suecia, China y Estados Unidos, se desarrollará del 10 al 14 de octubre en las instalaciones del CICY, con el fin de conjuntar a un selecto número de expertos nacionales e internacionales en el área, y compartir el conocimiento, los avances y las perspectivas en el tema.
A través de dos cursos-talleres cortos sobre temas de simulación y de síntesis y caracterización de nanoestructuras, así como de pláticas de tres ponentes nacionales y tres internacionales de reconocido prestigio en el área, se discutirá sobre el uso de nanoestructuras para aplicaciones en procesos de sensado y actuación físico-química, monitoreo de daño en materiales jerárquicos multiescala, remediación ambiental y su potencial relevancia en la conservación de sitios históricos, y materiales a base de nanocelulosa.
En esos días se discutirán aspectos técnicos generales aplicables a cualquier nanoestructura, como son la dispersión y la funcionalización, así como aspectos particulares relevantes a nanoestructuras de carbono, nanoarcillas y otras nanopartículas minerales.
El taller permitirá comprender mejor los avances y las expectativas en esta novedosa área de la ciencia, y promete ser un foro para la capacitación de los asistentes, el intercambio de ideas y la vinculación con reconocidos expertos internacionales.
Muchas de las aplicaciones de la nanotecnología ya están disponibles, mientras que otras se encuentran aún latentes o en desarrollo. Por otro lado, algunas otras aplicaciones probablemente nunca se hagan realidad. Es importante tener el conocimiento y las herramientas necesarias para conmensurar las potencialidades, los alcances y las limitaciones de estos novedosos materiales, como se ha realizado en otras épocas de la historia con otros materiales, como la piedra y los metales.
* El doctor Francis Avilés Cetina es investigador titular C de la Unidad de Materiales del Centro de Investigación Científica de Yucatán, A. C. (CICY) y miembro del Sistema Nacional de Investigadores, Nivel II
El CICY realizará el Taller de Nanomateriales y Nanocompuestos del Sureste del 10 al 14 de
octubre.
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