¿Qué son los nanomateriales?

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.

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.

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.

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 polimércias 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 ya que 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.

• 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 como 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 alcanzar 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 y autoensamblaje.

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, nanoelectrónica, biomateriales, producción de energía y productos de consumo. Esto supondrá una gran revolución tecnológica y medioambiental.

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 los nanomateriales, y al no comportarse como 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 originados 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 uso de nanomateriales. Actualmente, se aplica la normativa de prevención de riesgos laborales en materias de protección de la salud y de la seguridad de los trabajadores contra riesgos de agentes químicos, y 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 cual nos hace muy competitivos y nos permite dar 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.