PROYECTO DE INVESTIGACION
Nanotecnología Aplicada a la Electrónica
Introducción
Nombre del proyecto
Responsable del proyecto
2)PROGRAMACION DEL CONTENIDO
I)Planteamiento del problema
1.1)Identificación del Problema
1.2) Situación Problemática
1.3) Justificación de la Investigación
1.4) Formulación del Problema
1.5) Objetivos de Investigación
II)Hipótesis
III) Marco Teórico
3.1)Variables
3.2)Teorías Científicas
·Concepto
·Frabicación
·Aplicaciones
IV)Metodología o Metódica Usada
4.1)Tipo y Diseño de Investigación
4.2) Fuentes e Instrumentos
V)Resultados
5.1)Conclusiones
5.2)Recomendaciones
3)Bitbliografía y Bibliografía
1)GENERALIDADES
Nanotecnología:
La nanotecnología es la ciencia que estudia un universo infinitamente pequeño, imperceptible para la vista humana.
Existe un gran consenso en que la nanotecnología nos llevará a una segunda revolución industrial en el siglo XXI.
Supondrá numerosos avances para muchas industrias y nuevos materiales con propiedades extraordinarias (desarrollar materiales más fuertes que el acero pero con solamente diez por ciento el peso), nuevas aplicaciones informáticas con componentes increíblemente más rápidos o sensores moleculares capaces de detectar y destruir células cancerígenas en las partes más delicadas del cuerpo humano como el cerebro, entre otras muchas aplicaciones.
Nanoelectrónica:
La nanoelectrónica disminuye las dimensiones de la electrónica. La microelectrónica trabaja con dimensiones que son mil veces más chicas que un milímetro, la nanoelectrónica trabaja en dimensiones mil veces más chicas que el micro, o sea que los dispositivos son un millón de veces más chicos que un milímetro.
El comportamiento físico de los electrones presentes en estructuras diminutas, a través de una serie de ecuaciones matemáticas capaces de indicar cómo pueden responder ante determinados estímulos. La física de los electrones a escala microscópica es esencialmente la misma que a escala macroscópica. Pero la diferencia es que en dimensiones nano se trabaja con una física cercana a la atómica.
La nanoelectrónica actualmente está en proceso de inmersión en nuestra sociedad, aunque no somos plenamente conscientes del uso que podríamos estar haciendo de ella en dispositivos de uso cotidiano.
Algunas tecnologías desarrolladas por la nanoelectrónica:
Pantallas más brillantes, más ligeras y que ahorran energía:
En el mercado ya existe la tecnología OLED (Organic Light-Emitting Diode), que permite conseguir imágenes más brillantes, en dispositivos más ligeros, con menor consumo energético y ángulos de visión más amplios. Se aplica en pantallas de ordenado res portátiles, cine, teléfonos móviles, salpicadero de automóviles, sistemas de localización GPS o cámaras digitales. Se espera que esta tecnología sustituya a las pantallas de cristal líquido (LCD) gracias a su superior calidad de imagen.
¿Adiós a las baterías?:
Toshiba presentó dos modelos de reproductores MP3 revolucionarios. Se trataba de los primeros reproductores capaces de funcionar sin pilas y sin baterías gracias a las nanocélulas de combustible. Mediante la combinación de hidrógeno y oxígeno, las células de combustible pueden producir suficiente energía eléctrica, emitiendo únicamente agua pura como residuo. Ahí reside su gran atractivo, ya que producen una energía limpia que no daña el medio ambiente. Esta nueva tecnología llamada D M F C (Direct Metanol Fuel Cell) se aplica también en teléfonos móviles u ordenadores portátiles.
Tinta que cambia de color según nuestras preferencias:
“la tinta electrónica” es un avance basado en una serie de cápsulas que contienen partículas blancas y partículas negras cargadas con distinta polaridad. Mediante la aplicación de una corriente electromagnética, estas partículas se colocan en una u otra posición, mostrando un color u otro. El invento tiene toda clase de aplicaciones, desde vallas de publicidad o señales de tráfico hasta papel de pared para decorar la casa, cuyo diseño podría variar según la voluntad de su propietario. Incluso sería posible su utilización en ropa de camuflaje, cuyo diseño se podría transformar según el contexto. En comparación con las ya existentes, esta nueva tecnología presenta grandes ventajas en términos de nitidez de lectura, bajo consumo de energía y versatilidad del material de aplicación.
Chips mucho más rápidos:
IBM anunció la creación de nanotransistores que mejoran el rendimiento de los mejores prototipos de transistores disponibles. Los transistores son los elementos a partir de los cuales se construyen los chips informáticos. La nueva tecnología supone una gran ventaja al eliminar el problema de la producción excesiva de calor que presentan los actuales chips cuando superan cierta velocidad; además, proporciona una mayor velocidad al ser mucho menor la distancia que la información tiene que recorrer.
Tarjetas de memoria del tamaño de un sello que pueden contener 25 DVD:
El proyecto Millipede (Milpiés), llevado a cabo por científicos de IBM, consiguió crear un sistema que logra una densidad de almacenamiento de un billón de bits (un terabit) en una pulgada cuadrada. Esta asombrosa densidad de almacenamiento, capaz de acumular 25 millones de páginas de texto impresas en una superficie similar a la de un sello de correos, utiliza menos energía que los sistemas tradicionales de almacenamiento y permite reescribir.
Responsable del proyecto:José Pérez .
I) Planteamiento del problema:
1.1) Identificación del Problema:
Actualmente este producto nanoindustrial de uso electrónico se encuentra siendo estudiado y desarrollado en países con grandes avances tecnológicos como Estados Unidos y países de Europa y Asia.
1.2) Situación Problemática:
Para poder definir la situación problemática es necesario definir antes ¿Qué son nanocables?
Nanocables: Un nanocable es un cable que es un nanómetro de grueso. El significado de la "nano" es una dimensión: 10 elevado a -9. Esto es: 1 nanómetro = 0,000000001 metros. Es decir, un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro, o millonésima parte de un milímetro.
- Son cilindros sólidos ( a diferencia de los nanotubos, que están huecos) que tienen un diámetro entre 10 y 100 nanómetros. También podemos definir los nanocables como estructuras moleculares con propiedades eléctricas u ópticas.
-Los nanocables son usados como semiconductores o diodos emisores de luz, dependiendo de su composición química. Son unos de los componentes claves de la creación de chips electrónicos moleculares. Fáciles de producir, estos pueden ser unidos a modo de rejilla y llegan a construir la base para circuitos lógicos a nanoescala.
- La necesidad de la Electrónica de miniaturizar cada vez más los productos, conlleva a esta situación.
-Los nanocables surgen con la necesidad de la nanoelectronica de utilizar cables ultra finos, a menudo llamados nanocables, para lograr dispositivos electrónicos aún más miniaturizados.
1.3) Justificación de la Investigación:
Este trabajo de investigación es importante porque nos va ha ayudar a conocer sobre los nanocables, sus aplicaciones, el saber como utilizarlos, y como aprovechar al máximo la gama de posibilidades que nos ofrece.
1.4) Formulación del Problema:
A) Pregunta General:
¿Qué son los nanocables y cuales son sus campos de aplicación?
B) Preguntas Especificas:
-¿Qué son los nanocables?
-¿Cómo se fabrican?
-¿Cómo se aplica los nanocables a la vida cotidiana?
- ¿Cuál es la aplicación de los nanocables a la medicina?
1.5) Objetivos de Investigación:
Facilitar una implantación aún mayor de la electrónica en todos los aspectos de la vida cotidiana.Proveer nanomateriales a la nanoelectrónica.
II)Hipótesis:
Con los descubrimientos de los nanonocables y su aplicación a la nanoelectrónica se espera llegar a una revolución mundial en la fabricación de dispositivos nanotecnológicos para su uso en la vida cotidiana.
En cuanto al campo industrial los nanocables influiran en los productuctos industriales llevados a la escala "nano", haciendo posible un considerable abaratamiento de los costos, lo que conlleva a producciones a escalas mayores que las existentes actualmente.
En la medicina los nanocables buscan solucionar problemas tales como son las restauraciones de algunas zonas que resultaran dañadas en operaciones a partes de alto riesgo de operación como por ejemplo operaciones a zonas cerebro.
III) Marco Teórico:
3.1) Variables:
·Entretenimiento:
-Sistemas de audio y video.
·Campo Laboral Industrial:
-Aplicaciones en robots
-Maquinas Industriales
·Medicina:
-Detección de cáncer
-Operaciones quirúrgicas
3.2) Teorías Científicas:
Concepto:
Un nanocable es un cable que es un nanómetro de grueso. El significado de la "nano" es una dimensión: 10 elevado a -9. Esto es: 1 nanometro = 0,000000001 metros. Es decir, un nanometro es la mil millonésima parte de un metro, o millonésima parte de un milímetro.
Los nanocables podemos definirlos como estructuras moleculares con propiedades eléctricas u ópticas.
Los nanocables surgen con la necesidad de la nanoelectronica de utilizar cables ultra finos, a menudo llamados nanocables, para lograr dispositivos electrónicos aún más miniaturizados.
Fabricación de nanocables:
La técnica utilizada para producir circuitos basados en nanocables en un substrato de cristal, también es compatible con otros materiales comunes como el plástico, lo que amplia de modo notable su gama de posibles aplicaciones.
Existen nanocables con composiciones de materiales específicos y en una postura y orientación específica.Esto supone todo un avance en la fabricación de nanocables, ya por primera vez los científicos han logrado controlar la estructura cristalina de nanocables derivada de los materiales semiconductores gallium nitride y zinc oxide.El proceso podría permitir el desarrollo de componentes electrónicos como diodos que emiten luz y diodos láser con propiedades ajustables.Depositar una capa fina de un material sobre una superficie cristalina hace que dicho material adopte la estructura cristalina de esta superficie.
Los investigadores han logrado con este método que sus nanocables, con un diámetro de 15 a 40 manómetros, adopten la forma y la orientación deseadas al aparear la estructura cristalina con la estructura deseada del nanocable.
Fabricación de nanocables por entes microbianos:
El Geobacter, un organismo que habita en las rocas ferrosas depositadas sobre fondos fangosos fluviales, es capaz de fabricar "nanocables microbianos" por los que mueve los electrones que extrae de los residuos orgánicos en descomposición.
Se ha descubierto una diminuta estructura biológica altamente conductora a nivel eléctrico.
Este logro ayudará a describir el modo en que los microorganismos limpian aguas residuales y producen electricidad a partir de recursos naturales. Así mismo puede tener aplicaciones en el emergente campo de la nanotecnología, que desarrolla materiales y dispositivos avanzados en dimensiones extremadamente pequeñas. Las estructuras conductoras, conocidas como “nanocables microbianos”, son producidas por un novedoso microorganismo llamado Geobacter.
Los nanocables son increíblemente finos, su anchura está comprendida entre 3 y 5 nanómetros (20.000 veces más fino que un cabello humano), pero bastante duradero y más de mil veces más largo que ancho. “Estructuras conductivas así de largas y delgadas no tienen precedentes en biología”. “Esto cambia por completo nuestro concepto del modo en que las bacterias manejan electrones, y también es probable que los nanocables microbianos puedan ser materiales de gran utilidad en el desarrollo de dispositivos electrónicos extremadamente pequeños”.
“El notable e inesperado descubrimiento de la existencia de estructuras microbianas que construyen nanocables microbianos, lo cual permite que una comunidad de microbios ubicada en aguas contaminadas construya una mini red eléctrica, podría facilitarle al DOE nuevos enfoques en la búsqueda de remedios en el tratamiento de aguas residuales asistidos por microbios; apoyar la operatividad de mini-sensores medioambientales, y permitir nuevas formas biológicas de nanomanufacturación.
Este descubrimiento ilustra también la continua relevancia que las ciencias físicas tienen hoy en día en las investigaciones biológicas”. Este es otro hito trascendente porque puede dar lugar a una nueva era en la exploración de la respiración microbiana y en la bioelectrónica. Los hallazgos, son prometedores, aunque debe ser confirmada y ampliada independientemente por otros microbiólogos y biofísicos. Los Geobacter están siendo sometidos a intensas investigaciones debido a que se trata de agentes muy útiles en el biotratamiento de aguas subterráneas viciadas con contaminantes tales como metales tóxicos y radiactivos, o petróleo. Además poseen también la habilidad de convertir los residuos humanos y animales, o la biomasa renovable, en electricidad.
Para desempeñar estos procesos, el Geobacter debe extraer electrones de las células y transferirlos a metales o electrodos. Esta investigación puede facilitar una explicación del modo en que esto sucede.
El Geobacter produce unas estructuras finas, similares a cabellos, llamadas pili, en solo un lateral de la célula. Estos podrían ser una especie de cables en miniatura que se extienden desde la célula y que permitirían que el Geobacter llevara a cabo su habilidad única de transferir electrones desde el interior de esta hasta los metales o electrodos. Los pili conductores que producen los Geobacter pueden tener múltiples aplicaciones en la industria electrónica. Se necesitan cables ultra finos, para lograr dispositivos electrónicos aún más miniaturizados. Elaborar nanocables a partir de materiales tradicionales tales como metales, silicio o carbono, es difícil y caro. Sin embargo, es sencillo cultivar miles de millones de células de Geobacter en el laboratorio y cosechar los nanocables microbianos que éstos producen. Más aún, alterando la secuencia del ADN de los genes encargados de producir los pili, podrían producirse nanocables con diferentes propiedades y funciones.
Aplicaciones:
ENTRETENIMIENTO : Sistemas de Audio y Video
NANOCABLES PARA CIRCUITOS INTEGRADOS DE ALTA VELOCIDAD
Equipos de científicos han llegado ha fabricado circuitos robustos a partir de minúsculos
nanocables que se alinean en un chip de vidrio, este proceso de elaboración se realiza a bajas
temperaturas, y ya han creado dispositivos electrónicos rudimentarios que ofrecen un sólido rendimiento, sin tener que recurrir al uso del costoso silicio como materia prima.
También se han producido circuitos a baja temperatura utilizando una solución de nanocables sobre un substrato de cristal, seguido por una fotolitografía para grabar el modelo de un circuito. Empleando como substratos, materiales comunes de peso ligero y bajo costo, como el vidrio o incluso el plástico.
Estos circuitos de nanocables podrán facilitar una implantación mayor de la electrónica en todos los aspectos de la vida cotidiana.
Se ha utilizado esta técnica para producir dispositivos basados en nanocables, como inversores lógicos y osciladores de anillo, que son inversores en serie. Los osciladores de anillo, que resultan vitales para virtualmente toda la electrónica digital, mostraron un rendimiento considerablemente mejor que el de los osciladores de anillo similares producidos a bajas temperaturas y que usan semiconductores orgánicos, logrando una velocidad veinte veces mayor.
Los osciladores de anillo basados en nanocables alcanzaron una velocidad de 11,7 megahercios, sobrepasando por un factor de aproximadamente 10.000 al lento rendimiento alcanzado por otros circuitos con nanomateriales.
Los circuitos funcionales de nanocables demuestran todo el potencial de los nanomateriales en aplicaciones de electrónica. Los circuitos podrían ser usados en dispositivos muy económicos, como etiquetas con radio frecuencia, y displays de alta velocidad. O a mayor escala, podrían ser la base de una nanoelectrónica mucho más compleja y ambiciosa.
Los nanocables pueden tener varias formas y otras muchas aplicaciones como lo son de los componentes clave para la creación de chip electrónico moleculares. Fáciles de producir, estos pueden ser juntados a modo de rejilla y llegan a constituir la base para los circuitos lógicos a nanoescala.Tambien son usados como semiconductores, diodos emisores de luz (LEDs), dependiendo de su composición química.
Aplicaciones en la Industria:
La nanotecnología en la industria tendrá un impacto enorme en casi todos los sectores económicos, no sólo en las grandes compañías e industrias, sino también en las actividades de la vida diaria. Desde nuevos tipos de televisión hasta lavavajillas más ecológicos, la innovación a escala nano puede revolucionar nuestros estilos de vida.
Los límites de las nuevas investigaciones son infinitos y cualquier nuevo descubrimiento puede ser fundamental. Al ser una ciencia multidisciplinar, puede tener efectos en casi cualquier campo. Nuevos insecticidas para mejorar las cosechas, sistemas para indicar cuándo la leche u otros alimentos están caducados, ordenadores muchísimo más veloces o nuevos diagnósticos y tratamientos más eficaces son algunos ejemplos de lo que depara el futuro.
Fabricaciones Industriales: Chips de Alta Velocidad fabricados con nanocables
La fabricación de los procesadores en los próximos veinte años. Según sus responsables(INTEL), sus proyectos de investigación previstos hasta 2020 van dirigidos a seguir desarrollando transistores más pequeños, rápidos y que consuman menos. Para ello, están indagando en los resultados que tendría el uso de materiales exóticos como nanotubos de carbono y nanocables, así como en novedosas técnicas para llevar al transistor a una escala atómica.
Estas investigaciones son imprescindibles pues, con los actuales materiales, es imposible disminuir aún más el tamaño de los chips (una vez que los investigadores consigan bajar al nivel atómico, donde las puertas de los transistores no son más grandes que uno o dos átomos, las actuales tecnologías de fabricación no funcionarían) y precisamente ha sido la disminución de sus dimensiones lo que ha conducido a Intel y al resto de la industria a un incremento del rendimiento y una disminución de coste de los procesadores en los últimos treinta años. Actualmente Intel ha finalizado su transición hacia la fabricación de procesadores con tecnología de proceso de 90 nanómetros y ya tiene planes para emplear materiales que permitirán disminuir el tamaño de los transistores a longitudes de puerta de 10 nanómetros en 2011. Sin embargo, en torno al año 2013, Intel y el resto de las compañías de la industria del chip necesitarán otros materiales para continuar con estos ratios de disminución. Los nanotubos de carbono y los nanocables son dos de los materiales que se están planteando y que empezarán a usarse con bastante probabilidad entre 2013 y 2019. Después de esta fecha la compañía no tiene planes previstos, aunque ya trabaja con universidades de todo el mundo para perfilar con mayor exactitud este futuro.
Nanocables y su influencia en los robots:
En cuanto a la robótica los nanocables harían posible a los robots una miniaturización de estos dispositivos, actualmente tan utilizados tan usados por la industria.
También podría ser mejorada grandemente la sensibilidad de los robots para el tacto, utilizando un conjunto de sensores táctiles basados en un polímero de nanocables, combinado con un algoritmo robusto para el procesamiento de señales, es utilizado para clasificar las texturas de las superficies.
Aplicaciones en la medicina:
-La nanotecnología explota las propiedades químicas, físicas o biológicas que son diferentes en un material por su tamaño, no por su composición. Y nuestros organismos funcionan bien porque son máquinas, una especie de ordenadores, que trabajan a escala nanométrica. Si en un ordenador todo son ceros y unos, en el ADN hay una cadena de letras, que forman pequeñas instrucciones, los genes.
Los nanocables pueden ayudar a los científicos a observar células individuales del cerebro, los doctores y científicos necesitan encontrar otras formas de mirar a las células cerebrales, a parte de verlas directamente. Una idea es usar cables pequeñitos llamados nanocables, 100 veces más delgados que un cabello humano, para conducirse a través del sistema sanguíneo y dentro del cerebro. Dado que los cables son tan pequeños, los científicos podrían conducirlos de modo que toquen una célula nerviosa particular y controlen su actividad eléctrica. Esto les daría una idea mucho mejor de cómo esas células cerebrales están trabajando, mucho mejor que las técnicas que están usando ahora, las cuales les dan información a cerca de pequeñas regiones de tejido celular cerebral, donde existen muchas, muchas células. Esta técnica no se ha probado todavía en seres humanos, pero se ha probado exitosamente en muestras de tejido en el laboratorio.
Hoy en día los métodos quirúrgicos modernos para implantar aparatos electrónicos que sirvan para estimular el corazón y corregir ritmos cardiacos anormales se han convertido en rutina. Pero llegar al cerebro de la misma manera, sin destrozar las neuronas en el proceso, plantea mucha más dificultad.
Un equipo de científicos del MIT y de las universidades de Nueva York y Tokio ha demostrado como se podría entrar al cráneo y llegar al cerebro a través de la conexión de una red de nanocables de polímero a vasos sanguíneos en el cuello.
Aunque últimas técnicas permiten la instalación de electrodos en el cerebro para restaurar sentidos como la vista o el oído, frenar los temblores de la enfermedad de Parksinson, el método utilizado, es decir romper el cráneo, daña tejidos cerebrales sanos, crea un riesgo de infección y deja cables que sobresalen de su cabeza. Y a lo largo del tiempo, se desarrolla tejidos de cicatriz alrededor de los electrodos, aislándoles del tejido cerebral activo.
Actualmente los científicos investigan un proceso que permita la fabricación de nanocables de polímero que miden tan solo 100nm. Creen que un nanocable de este tipo podría ser “dirigible” y que se le podría guiar por uno de los vasos sanguíneos menores que salen de los más grandes.
También nanocables sensores de cancer.
IV) Metodología o Metódica Usada
4.1) Tipo y Diseño de Investigación:
a) Por el nivel de estudio:
Proyecto de investigación teórico descriptivo-explicativo.
b) Por su duración:
Proyecto de investigación inmediato o corto plazo.
c) Por el paradigma usado:
Proyecto de investigación cuantitativa.
Conocimientos empíricos utilizados en los capítulos I y II.
b) Fuentes Secundarias:
Es la información obtenida de Internet utilizadas en los capitulos III, IV y V.
V)Resultados
5.1) Conclusiones:
Después de lo desarrollado en el presente trabajo se llega a la conclusión que los nanocables llegaran a facilitar aspectos de nuestras vidas gracias a los distintos campos de aplicación:
-Entretenimiento
-Campo laboral Industrial
-Medicina
5.2) Recomendaciones:
Las recomendaciones que puedo hacer luego de haber desarrollado este trabajo es que los usuarios no debemos conformarnos con la información que se nos brinda, debemos indagar y cuestionar todo lo que se nos presenta en nuestro entorno.
Espero que este trabajo haya servido a los lectores ha ampliar sus conocimientos acerca de los nanocables y puedan darse cuenta que estos avances nos acerca a la siguiente revolución industrial de la electrónica.
3) Bitbliografía y Bibliografía:
-www.astroseti.org
-www.unl.edu.ar
-www.euroresidentes.com
-www.nanovip.com
-www.portalciencia.net
-www.nanotecnologica.com
-www.astroseti.org
posted by Jose @ 2:30 PM
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