GUÍA DIDÁCTICA PARA LA ENSEÑANZA DE LA NANOTECNOLOGÍA
EN EDUCACIÓN SECUNDARIA (GDEN)
MATERIAL COMPLEMENTARIO
FICHA DIDÁCTICA I.2
“LA IMPORTANCIA DE LOS EFECTOS DE TAMAÑO EN NANOTECNOLOGÍA”
Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM)
Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
RED "JOSÉ ROBERTO LEITE" DE DIVULGACIÓN Y FORMACIÓN EN NANOTECNOLOGÍA
Más pequeño: más reactividad
Más pequeño: más poder de penetración
Más pequeño: más capacidad de filtración
Más pequeño: más capacidad de procesamiento de datos
Más pequeño: más capacidad de almacenamiento
Más pequeño:
nuevas propiedades
EFECTOS CLÁSICOS DE TAMAÑO
EFECTOS CUÁNTICOS DE TAMAÑO
Efectos de tamaño debidos al cambio superficie/volumen: A medida que un material se presenta en forma de grano, polvo, nanopolvo, etc se modifican ciertas propiedades por el hecho de aumentar su ratio superficie/volumen.
Más pequeño: más reactividad
Más pequeño: más poder de penetración
A medida que un material tiene un tamaño más y más pequeño puede penetrar a través de poros o huecos que no son accesibles a partículas de tamaño grande.
Más pequeño: más capacidad de filtración
A medida que los poros de una membrana son más y más pequeños se pueden filtrar partículas de menor tamaño. Controlando el tamaño de los poros se pueden preparar filtros para bacterias, virus, nanopartículas y ciertas moléculas.
2009:
Xeon Nehalem W5580
751.000.000 transistores en 263 mm² (4 cores)
3.2 GHz, 130 W
50 GigaFLOPS
1948: Brattain, Bardeen, Schockley descubren el efecto transistor (PN 1956)
1959: Se desarrolla el circuito integrado en Texas Instruments (J.S. Kilby, PN 2000).
1968: Invención de la técnica MBE (Molecular Beam Epitaxy) (A.Y. Cho y J. Arthur).
Años 1960: aparecen los transistores individuales.
Más pequeño: más capacidad de procesamiento
Más pequeño: más capacidad de procesamiento
La ley de Moore (1965): aproximadamente cada 18 meses se dobla la capacidad de integración.
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Moore#mediaviewer/Archivo:Lei_de_moore_2006.png
Más pequeño: más capacidad de almacenamiento
Efectos cuánticos de tamaño.
Analogía: efecto de tamaño en los tubos de órgano
Los tubos grandes emiten sonidos graves, es decir ondas acústicas con longitud de onda larga.
Los tubos pequeños emiten sonidos agudos, es decir ondas acústicas con longitud de onda corta.
En el mundo “macro” existe una correlación entre el tamaño del objeto y la longitud de la onda que es emitida por dicho objeto.
Efectos cuánticos de tamaño:
Relación entre color y tamaño en nanopartículas
Las nanopartículas de tamaño grande tienen niveles de energía menos separados y emiten luz con menor energía (longitud de onda grande), con colores naranjas-rojizos.
En el mundo “nano” existe una correlación entre el tamaño del objeto y las propiedades electrónicas, magnéticas, ópticas, mecánicas, etc. de dicho objeto.
Las nanopartículas de tamaño pequeño tienen niveles de energía más separados y emiten luz con mayor energía (longitud de onda pequeña) y colores verdes-azulados.
Efectos cuánticos de tamaño:
Relación entre color y tamaño en nanopartículas
En una nanopartícula de tamaño relativamente grande, los electrones se mueven en un “pozo de potencial” muy ancho, los niveles de energía están muy poco separados y las transiciones de un nivel a otro emiten luz con poca energía, de menor frecuencia, más rojiza.
En una nanopartícula de tamaño muy pequeño, los electrones se mueven en un “pozo de potencial” muy estrecho, que da lugar a niveles de energía más separados. Las transiciones de un nivel electrónico a otro producen luz con mayor energía, de mayor frecuencia, más azulada.
Luz emitida
Luz emitida
Para alumnos un poco más mayores...
La conexión entre la vida y la nanotecnología
Las funciones que se llevan a cabo dentro de las células son realizadas por “nanomáquinas” como los ribosomas o necesitan el soporte de algunas nanoestructuras como las proteínas o las membranas celulares.
Efectos de tamaño debidos al cambio superficie/volumen: A medida que un material se presenta en forma de grano, polvo, nanopolvo, etc se modifican ciertas propiedades por el hecho de aumentar su ratio superficie/volumen. Por ejemplo, la superficie efectiva de absorción, su reactividad, etc.
Efectos de tamaño de origen cuántico: Cuando el tamaño del material se hace muy pequeño los efectos cuánticos empiezan a manifestarse con más intensidad. Las partículas empiezan a manifestar la dualidad onda-corpúsculo, las energías toman valores discretos (niveles de energía). Estos cambios dependen del tamaño y permiten crear materiales con propiedades nuevas o mejoradas.
RESUMEN