Los nanomateriales son todos aquellos materiales con un tamaño de partícula inferior a 100 nm en al menos una de sus dimensiones. Aunque los científicos no han llegado a un acuerdo unánime sobre la definición de estos materiales, sí que coinciden en que se caracterizan por su pequeño tamaño, medido en nanómetros.

Para que os hagáis una idea de su tamaño: ¡un nanómetro es una mil millónesima parte de un metro!  Algo muy curioso de los nanomateriales es que sus propiedades fisicoquímicas son distintas a las que tienen cuando el mismo material es de tamaño micro o macroscópico, por ejemplo, el mercurio muestra un comportamiento no metálico cuando los nanocristales tienen un tamaño inferior a los 2 nm, esto se debe a que cuando disminuimos el tamaño de un material estamos aumentando su área superficial, es decir, tiene mayor espacio para interactuar con otros átomos y/o moléculas, tanto para atraerse (interacciones de Van der Waals, Puentes de Hidrógeno, interacciones electrostáticas, etc.) como para repelerse debido a la interacción entre sus nubes electrónicas.

 

Origen de los nanomateriales

Las primeras ideas y conceptos detrás de la nanociencia y la nanotecnología aparecieron en el trabajo titulado “There´s plenty of room at the bottom” del físico Richard Feynman en la reunión de la American Physical Society en el California Insitute of Thechnology (CalTech) el 29 de diciembre de 1959. Esta conferencia científica marcó el inicio de la era de los nanomateriales, ya que Feyman describió un proceso en el que los científicos podían manipular y controlar átomos individuales y moléculas, y la revolución que esto supondría. Décadas después, el profesor Norio Taniguchi acuñó el término de nanotecnología, aunque no sería hasta 1981 cuando se empezó a hablar de la nanotecnología moderna gracias al desarrollo del microscopio de efecto túnel por G. Binnig y H. Rohrer (IBM Zurich), que permitió ver por primera vez átomos individuales.

Propiedades de los nanomateriales

A medida que el tamaño se reduce a la escala nanométrica, aumenta el área superficial expuesta y esto favorece la mayor interacción entre átomos y moléculas cercanos, dando lugar a diversas interacciones, atracciones y repulsiones que causan efectos superficiales, electrónicos y cuánticos que afectan al comportamiento óptico, eléctrico y magnético de los materiales. Esto hace que con una cantidad muy pequeña de nanomaterial se puedan modificar y mejorar de forma muy significativa las propiedades de otros materiales, proporcionándole un gran potencial y valor añadido. Un ejemplo de esto serán los polímeros dopados con nanotubos de carbono, los cuales hacen que el material dopado tenga una ligereza, resistencia mecánica y funcionalidad superior a la de los metales.

Tipos de nanomateriales y aplicaciones

Los nanomateriales pueden agruparse en distintas clasificaciones, pero una de las más importantes es atendiendo a sus dimensiones:

Nanomateriales de dimensión 0:

Todas sus dimensiones se encuentran dentro de la nanoescala. Los nanomateriales 0D se consideran nanopartículas.
Dentro de este grupo se encuentran los fullerenos, los nanomateriales inorgánicos como nanopartículas de Au y Ag,
nanoarcillas, nanodiamantes o los quantum-dots.

Los fullerenos tienen potencial aplicación en medicina como medio de transporte para la liberación de fármacos
ya que tienen buena biocompatibilidad, son selectivos, retienen la actividad biológica y su tamaño es lo suficientemente
pequeño para ser difundidos.

Los carbon quantum-dots son nanoestructuras semiconductoras de carbón estudiadas para sustituir a los quantum-dots
convencionales ya que presentan las mismas propiedades de fluorescencia para ser aplicados como biosensores,
pero son biocompatibles y su toxicidad es mucho menor.

Nanomateriales unidimensionales:

Dos dimensiones se encuentran dentro de la nanoescala. En esta clasificación se incluyen los nanotubos
y las nanofibras de carbono.

Estas últimas se aplican como aditivos, por ejemplo, en matrices poliméricas para mejorar alguna de las propiedades.

Mejoran también la conductividad eléctrica en adhesivos y pinturas sin modificar las propiedades reológicas de éstos
e impiden la corrosión de los materiales que se recubren. Sus propiedades de conductividad eléctrica permiten que
se puedan emplear en la construcción de ánodos y cátodos y en la formulación de tintas conductoras que pueden
usarse en la construcción de circuitos electrónicos flexibles.

Nanomateriales bidimensionales:

En estos nanomateriales una de las tres dimensiones se encuentra dentro de la nanoescala. Son materiales en forma
de láminas; entre ellos se encuentran el grafeno, los nanofilms y los nanocoatings.

Dentro de este grupo, el grafeno es el material más representativo y con un mayor potencial de aplicación
en diferentes campos como la medicina, donde se investiga su aplicación como sistema de transporte y liberación
de fármacos o como biosensor.

En el sector energético, el grafeno puede aumentar la vida útil de una batería de litio tradicional,
cargándola de forma más rápida y manteniéndola en funcionamiento más tiempo.

En el sector electrónico, se puede introducir este material en las pantallas táctiles de los dispositivos
para mejorar sus propiedades o en los circuitos eléctricos de los ordenadores para aumentar su velocidad de procesamiento.

También se estudia su aplicación como sistema de filtración, ya que el óxido de grafeno es capaz de formar una membrana
que actúa como barrera frente a líquidos y gases, posibilitando la depuración del agua.

Nanomateriales tridimensionales:

Materiales que no tienen ninguna dimensión en la nanoescala. Dentro de esta clasificación se encuentran los materiales
nanoestructurados, las dispersiones de nanopartículas y multi-nanolayers.

En este sentido, se ha investigado el óxido de tungsteno como material para la generación fotoelectroquímica de hidrógeno.
La superficie del material semiconductor nanoestructurado absorbe la energía solar y actúa a la vez como electrodo
para la electrólisis del agua.

¿Cómo se fabrican los nanomateriales?

Top-down:

La estrategia Top-Down consiste en la fabricación de nanomateriales a partir de materiales de mayor escala
que se van reduciendo hasta alcanzar la escala nanométrica. Este método ofrece fiabilidad y
complejidad en los dispositivos, pero lleva asociados elevados costes energéticos, una mayor
imperfección en la superficie de la estructura y problemas de contaminación.

Esta técnica se utiliza, por ejemplo, en la industria microelectrónica de materiales o en litografía,
donde se exponen materiales a la luz, a iones o electrones para conseguir los tamaños deseados.

Bottom-up:

La estrategia Bottom-Up consiste en la construcción de estructuras átomo a átomo o molécula a molécula.
El grado de miniaturización alcanzado mediante esta técnica es superior al que se puede lograr con la estrategia
Top-Down, ya que gracias a los microscopios se dispone de una gran capacidad para situar átomos
y moléculas individuales en un lugar determinado.

Este tipo de técnica se puede subdividir a su vez en tres grupos:

• Síntesis química
• Ensamblaje posicional
• Autoensamblaje

¿Qué se espera de la nanotecnología y la nanociencia?

La nanotecnología es capaz de crear nuevos materiales y dispositivos que pueden dedicarse a un amplio rango de aplicaciones en campos tan diversos como la nanomedicina, la nanoelectrónica, los biomateriales, la producción de energía y los productos de consumo

Seguridad y salud en el trabajo con nanomateriales

La información de la que se dispone en la actualidad sobre los efectos de los nanomateriales en la salud humana es muy limitada para la mayoría de ellos. Como no se comportan igual que el mismo material en su escala micro o macrométrica, sus efectos no se pueden extrapolar a la escala nanométrica. Por esta razón es muy importante seguir investigando para ampliar el conocimiento en este sentido.

Pero no se debe tener miedo a los nanomateriales, ya que el 90% son de origen natural, generados por la actividad volcánica, los incendios y el polen.

Desde el punto de vista normativo, no existe una regulación específica para su uso ni a nivel europeo ni internacional, aunque sí existen recomendaciones y manuales para el trabajo con nanomateriales. Actualmente, se aplica la normativa de prevención de riesgos laborales en materia de protección de la salud y la seguridad de los trabajadores frente a riesgos de agentes químicos, así como el reglamento europeo relativo al registro, evaluación, autorización y restricción de las sustancias y preparados químicos (REACH) sobre clasificación, etiquetado y envasado de sustancias y mezclas (conocido como reglamento CLP).

En Nanomate, uno de los principales objetivos es la formación continua de nuestros trabajadores, lo que nos hace muy competitivos y nos permite ofrecer a nuestros clientes las mejores soluciones del mercado. Todo ello acompañado de exhaustivos controles de producción y calidad, lo que garantiza tanto la seguridad de nuestros trabajadores como el cumplimiento de las legislaciones presentes y futuras más restrictivas.