en las bebidas gaseosas, o que ayudan a controlan la oxidación o el crecimiento de bacterias. Se desarrollan también sensores para detectar salmonela o pesticidas en la comida, así como empaques y contenedores de alimentos que aumentan su vida útil.
La nanotecnología se ha incorporado a los automóviles en las baterías eléctricas de alta potencia, en los sensores y en los neumáticos de alto rendimiento, y en la eliminación de gases contaminantes.
Se utilizan nanorrecubrimientos en superficies metálicas y cerámicas para darles mayor resistencia al desgaste. Esto se traduce en menor costo de mantenimiento y mayor vida útil de las herramientas y equipos que contienen partes móviles. Su uso se extiende desde la industria al hogar e incluso hasta en las aplicaciones militares.
Las nanopartículas se aplican como catalizadores en reacciones químicas, tanto para incrementar la velocidad y los productos deseados, así como para disminuir los subproductos contaminantes y el consumo de energía. Se aplican muy ampliamente en la industria química, petroquímica, en la refinación del petróleo y en los convertidores catalíticos de los automóviles.
¿Cuáles son los campos en los que la nanotecnología puede aportar grandes cambios?
NANOMATERIALES
La construcción de materiales ha seguido tradicionalmente un proceso que se denomina de arriba hacia abajo (top-down), es decir, se parte de trozos grandes de material que se van disminuyendo de tamaño hasta lograr la talla y forma adecuada. De esta manera se fabrica el cemento, los circuitos electrónicos (chips), la madera, etcétera. A partir de que se descubrieron diferentes maneras de manipular los conjuntos de átomos y moléculas, se ha desarrollado la construcción de materiales partiendo de muy pequeñas unidades y agrupándolas en nuevos materiales con características mejoradas. Esto se ha generalizado como nanomanipulación y se denomina sistema de construcción de abajo hacia arriba (bottom-up). La nanomanipulación se realiza por medios físicos y químicos que pueden ser controlados adecuadamente, o por autoensamble, como lo hace la naturaleza.
Las formas de control en las que se utilizan procesos químicos o biológicos ofrecen un gran potencial para el escalamiento de la producción de nanomateriales. El uso de métodos de tipo mecánico, en los que se desplazan átomos o moléculas representa una mayor dificultad y es de escalamiento complicado.
En los próximos años se esperan avances en nanoelectrónica basada en el silicio, en recubrimientos y pinturas, sensores, catalizadores, lubricantes de estado sólido basados en nanoesferas, materiales magnéticos, nanocerámicas para uso en prótesis y nanomembranas que hagan una separación más eficiente y de bajo costo.
METROLOGÍA
La metrología es la ciencia de medir (longitud, volumen, área, peso, voltaje, etcétera) y es una parte esencial de las nanociencias y nanotecnología, ya que permite caracterizar la dimensión de los materiales. Es muy importante en nanotecnología para generar la estandarización de las metodologías de preparación y regulación de los productos nanotecnológicos. Debido a que las características finales de los nuevos productos están relacionadas con su tamaño a la nanoescala, los equipos que se utilicen en la preparación, en la caracterización de las propiedades y en la evaluación de su comportamiento, deberán estar calibrados para ese propósito, utilizando patrones y medidas estandarizadas.
ELECTRÓNICA, OPTOELECTRÓNICA Y TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN
El área de nanociencias y nanotecnología va a tener una influencia muy grande en los avances relacionados con electrónica, optoelectrónica y tecnologías de la información. En este último caso, el mapa de ruta de la industria de los semiconductores indica que utilizando procedimientos de nanotecnología se construirán chips de silicio con un tamaño de 22 nm para 2016, con lo que se logrará un incremento significativo en la capacidad de procesamiento y de almacenamiento. En el caso de la optoelectrónica existe mucho interés en la construcción de circuitos y aditamentos utilizando puntos cuánticos, los cuales pueden ser sintonizados para emitir o absorber luz con ciertas características y usarse para celdas solares o marcadores biológicos.
ELECTRÓNICA Y TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN
La nanotecnología se utiliza en computadoras a través de transistores de menor tamaño, mayor potencia y bajo consumo energético. También en las memorias magnéticas (RAM) se usan dominios magnéticos nanométricos que aumentan la rapidez y la capacidad de almacenamiento. En las pantallas para televisión, computadoras y celulares se han incorporado películas poliméricas nanoestructuradas conocidas como oleds, que son planas, tienen mayor brillo, son de menor peso, con más resolución, menor consumo y cuentan con más tiempo de vida.
Los dispositivos electrónicos que incluyen memorias flash, como los ipods nano, los lectores digitales de libros y los equipos de videojuegos, contienen elementos nano para mejorar el sonido de alta resolución, la protección contra bacterias y microbios, así como la comunicación inálambrica.
ENERGÍA SUSTENTABLE
La sociedad actual enfrenta un gran reto en este siglo: generar la energía necesaria para su desarrollo al mismo tiempo que conserva el medio ambiente. Mantener este equilibrio es fundamental para trascender al siglo XXII sin provocar un colapso ecológico, económico y social.
La generación de energía de manera sustentable es un reto prioritario que cada país debe abordar en su contexto local. En el caso de México, el desarrollo energético se ha centralizado en los combustibles fósiles, debido a que se ha contado en los últimos 70 años con recursos petroleros abundantes, si bien es muy amplio el potencial de generación de energías alternas, como la hidraúlica, la solar, la eólica, la geotérmica y la mareomotriz. La nanotecnología se está utilizando con éxito en muchas de estas energías sustentables, por ejemplo, en los paneles solares que convierten energía solar a eléctrica, en los cuales los nanomateriales permiten abatir el costo, hacen más fácil su construcción y bajan la emisión de contaminantes al medio ambiente.
La nanotecnología está presente en la obtención de combustibles ultralimpios a través del uso de mejores catalizadores. Se utilizan catalizadores nanoestructurados en las refinerías para producir gasolina y diesel de ultra bajo azufre, con objeto de abatir los niveles de emisión de contaminantes a la atmósfera. También el uso de nanomateriales favorece el aumento de la eficiencia en los sistemas de combustión y en la disminución de la fricción. Mediante nanobioingeniería de enzimas se está transformando la celulosa en etanol para usarse como combustible. Los materiales nanoestructurados se utilizan en la producción y almacenamiento de hidrógeno para celdas de combustible de alta eficiencia energética y cero contaminación. Las turbinas de los generadores de viento incorporan nanocompuestos con nanotubos de carbón que las hacen más flexibles, más ligeras y más resistentes, aumentando el rendimiento de producción de electricidad.
Se está trabajando en alambres conductores que contienen nanotubos de carbón para disminuir la resistencia de los cables de alta tensión y por ende las pérdidas de energía en la conducción eléctrica. Por otro lado, se trabaja en paneles solares de alta eficiencia y portabilidad que puedan introducirse en computadoras, celulares y otros dispositivos móviles, así como en el diseño de alambres flexibles piezoeléctricos que se incorporen a la ropa para generar energía usando el calor y la fricción producida durante el desempeño de nuestras actividades. También se han creado fuentes de iluminación con base en leds que disminuyen el consumo de energía eléctrica, y se han fabricado lubricantes de muy baja fricción y chasises de vehículos más ligeros y más fuertes.
PREVENCIÓN DE LA CONTAMINACÍON
En este campo se están desarrollando nanotecnologías para producir agua limpia a partir de aguas contaminadas, además de sistemas que detectan y limpian áreas contaminadas. Se investigan sistemas de nanofiltración basados en membranas de porosidad nanométrica que pueden separar virus del agua o nanofibras que actúan como electrodos para remover las sales del agua. Se está experimentando con telas fabricadas con nanofibras de óxido de manganeso ultraadsorbentes, que puedan absorber