Nanomateriales: Propiedades, Aplicaciones y Evaluación de Riesgos

Definición de Nanomateriales

Los nanomateriales son materiales con propiedades morfológicas más pequeñas que 1 µm en al menos una dimensión. Se pueden subdividir en nanopartículas, nanocapas y nanocompuestos. Existen tres categorías básicas de nanomateriales desde el punto de vista comercial y de desarrollo: óxidos metálicos, nanoarcillas y nanotubos de carbono.

Técnicas de Nanofabricación

Existen dos grandes grupos de técnicas de nanofabricación:

Top-Down

Comienza el proceso de fabricación de nanoestructuras a partir de materiales grandes, que se van reduciendo hasta tamaños a escala nanométrica.

Bottom-Up

Abarca la construcción de estructuras, átomo a átomo o molécula a molécula.

Síntesis Química

Consiste en la producción de materias primas, como moléculas o partículas, que pueden usarse directamente en productos en forma desordenada, formando bloques o niveles más avanzados de ordenamientos.

Ensamblaje Posicional

Es la única técnica capaz de manipular y posicionar átomos y moléculas, uno a uno.

Self-Assembly o Autoensamblaje

En este método de producción, los átomos o moléculas se colocan por sí mismas en nanoestructuras ordenadas mediante interacciones químicas o físicas entre subunidades.

Características de los Nanomateriales

  • Resistencia
  • Dureza
  • Ductilidad
  • Resistencia al desgaste
  • Resistencia a la corrosión
  • Propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas

Composición de los Nanomateriales

Un nanomaterial puede estar compuesto por cualquier combinación de elementos químicos. Entre las composiciones más importantes están:

  • Carburos
  • Óxidos
  • Nitruros
  • Metales y aleaciones
  • Polímeros orgánicos
  • Compósitos

Identificación de Nanomateriales

Materiales Nanoestructurados

Poseen poblaciones granulares inferiores a un par de miles de átomos y en donde los granos moleculares alcanzan un tamaño máximo de 100 nanómetros de diámetro.

Aplicaciones de los Nanomateriales

Nanocerámicas

  • Cerámicas nanoestructuradas
  • Imanes permanentes de alta temperatura para motores de aviones
  • Materiales ferromagnéticos

Nanomateriales para Almacenamiento de Hidrógeno

  • Catalizadores basados en hidrógeno
  • Materiales para almacenamiento de hidrógeno

Nanosensores y Actuadores

  • Sensores y actuadores

Nanopartículas y Nanopolvos

  • Liberación de fármacos
  • Tratamientos contra el cáncer
  • Sensores químicos
  • Vidrios autolimpiables
  • Tintas magnéticas y conductoras

Nanotubos de Carbono

  • Polímeros conductores
  • Cerámicas altamente tenaces
  • Apantallamientos electromagnéticos
  • Componentes para membranas y células solares

Materiales Nanoporosos

  • Catalizadores para reducir la emisión de contaminantes
  • Aislantes
  • Purificación de aguas
  • Eliminación de contaminantes
  • Atrapada y eliminación de metales pesados

Nanofibras

  • Protección contra bacterias
  • Filtros
  • Tejidos
  • Cosméticos
  • Esterilización
  • Separaciones biológicas
  • Ingeniería de tejidos
  • Biosensores
  • Órganos artificiales
  • Implantes

Nanohilos

  • Electrónica
  • Dispositivos optoelectrónicos
  • Dispositivos nanoelectromecánicos

Descripción de un Nanomaterial

La descripción de un nanomaterial debe incluir:

  • Tamaño medio de sus partículas
  • Distribución por tamaño de las partículas
  • Propiedades físicas
  • Propiedades químicas

Aplicaciones de los Nanomateriales en Empaques

  • Nanocerámicas de nanofase
  • Polvos para el procesamiento de metalurgia de polvos
  • Nanocompuestos
  • Nanorecubrimientos
  • Empaques activos
  • Empaques inteligentes

Nanotecnología y Nanociencia

Nanotecnología

Se sirve de objetos o artefactos de muy reducido tamaño. Los nanomateriales son un producto nanotecnológico de creciente importancia.

Nanociencia

Estudia las propiedades de los materiales a escala nanométrica.

Nanomateriales Principales

  • Fe (hierro)
  • Au (oro)
  • Ag (plata)
  • Pt (platino)
  • Ti (titanio)

Estructuras Más Comunes de las Nanopartículas

  • Puntos
  • Conchas
  • Bicapa
  • Placas

Nanopartículas de Au (Oro)

  • Agentes de contraste en microscopía electrónica
  • Tratamiento experimental de enfermedades relacionadas con el sistema óseo
  • Radiofármacos en el tratamiento de enfermedades tumorales

Nanopartículas de Ag (Plata)

  • Bactericida y antifúngico
  • Instrumentos quirúrgicos
  • Cementos óseos
  • Agentes antivirales
  • Tratamiento del VIH

Nanopartículas de Fe (Hierro)

  • Tratamiento de contaminación de aguas
  • Biodiagnóstico
  • Nanoaleaciones
  • Recubrimiento de plásticos

Nanopartículas de Pt (Platino)

  • Propiedades antioxidantes
  • Superconductores
  • Supercomputación

Daños Ambientales

Un mayor uso de nanomateriales generará el aumento de la exposición medioambiental. Es posible que se concentren en focos concretos, agrupándose con minerales o interactuando con la materia orgánica.

Evaluación de Riesgos

Los mayores riesgos potenciales proceden de las nanopartículas libres e insolubles. La evaluación de riesgos requiere un examen detallado de las propiedades, incluidas:

  • Tamaño de partícula
  • Área de superficie
  • Estabilidad
  • Propiedades de superficie
  • Solubilidad
  • Reactividad química