Aplicaciones ópticas alrededor y dentro del ámbito de la Nanociencia y la Nanotecnología
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- Lorenzo Álvaro San Martín Castro
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1 Aplicaciones ópticas alrededor y dentro del ámbito de la Nanociencia y la Nanotecnología Francisco Miguel Martínez Verdú Grupo de Visión y Color Dpto. Interuniv. Óptica - UA verdu@ua.es
2 Sumario El papel de la Óptica en la Historia de la Ciencia y la Tecnología Nano-Óptica y Nano-Fotónica? Conceptos básicos y aplicaciones El Grupo de Visión y Color de la UA Ciencia y Tecnología del Color Propuestas y trabajos preliminares sobre Nanociencia y Nanotecnología Perspectivas y conclusiones finales 2
3 Óptica Historia Ciencia Técnica I Óptica: Óptica, Historia de la Ciencia y Tecnología Radiación electromagnética Luz: nm Interacción luz-luz y luz-materia Propiedades ópticas de materiales Propagación de la luz Generación de luz: luminiscencia Sensores: Opto-elec. Termo-cróm. etc 3
4 Óptica Historia Ciencia Técnica II Óptica, Historia de la Ciencia y la Tecnología Ejemplos clásicos en la Historia: Telescopio (s. XVII) Microscopio (s. XVII) Ejemplos actuales: Reproducción del color: Televisión en color (1950) Microscopio de efecto túnel (1982) pinzas para manipular átomos y moléculas 4
5 Óptica Fotónica I Nano-Óptica y Nano-Fotónica Kawata Ohtsu Irie (2002) Novotny Hecht (2006) Prasad (2004) Rigneault, et al. (2006) 5
6 Óptica Fotónica II Conceptos en Nano-óptica Luz-nanomateria Interacciones ópticas entre nanosistemas Absorción/emisión de luz Estructuras cuánticas artificiales Materiales fotónicos Moléculas / proteínas Transferencia de energía Foerster Excitones Confinamiento óptico Fuerzas Casimir / Waals Fenómenos de resonancia Conceptos teóricos Representación espectro angular Método multipolo múltiple Función de Green Nano-Óptica Nano-Fotónica Límite difracción Plasmones Polaritón-fonón superficial Microresonadores Luz super-focalizada Microscopía confocal Microscopía multifotón Confinamiento de la luz Aperturas, filtros, fibras, etc Microscopia campo-próximo 6
7 Óptica Fotónica III Aplicaciones nano-fotónicas Principios básicos: 1. Conjunto de teorías y de técnicas que permiten el aprovechamiento práctico del conocimiento científico. 2. Tratado de los términos técnicos. 3. Lenguaje propio de una ciencia o de un arte. 4. Conjunto de los instrumentos y procedimientos industriales de un determinado sector o producto Ejemplos posibles de dispositivos/herramientas: Generación de luz nuevas tecnologías de pantalla? nuevas fuentes de energía?, etc Sensores luminosos o combinados: Magneto-ópticos, etc? Comunicaciones ópticas Propagación de la luz a escala nanoscópica? Emisor (fuente), medio y receptor (sensor) 7
8 Ciencia Tecnología Color I Aportaciones desde el Grupo de Visión y Color de la UA Ciencia y Tecnología del Color: Luz, Materia, Ojo y Cerebro Colorimetría y reproducción del color 3 doctores 4 doctorandos 3 estudiantes Dipl. O-O (UA) MSc OA CC Visión (UA UV) 8
9 Ciencia Tecnología Color II Laboratorio del GVC-UA Caracterización espectral y colorimétrica de (nano) materiales: Opacos, transparentes y translúcidos Con y sin contacto sobre la muestra Irradiación direccional o difusa Gonio-cromáticos: metalizados y perlados Fluorescentes 9
10 Ciencia Tecnología Color III ENFOQUE TEÓRICO Escalado nano macro de las propiedades del color Parámetros de colorantes, diferencias-color, gamas-colores, etc Coeficientes: Absorción K Scattering S Propiedades físicas partículas: tamaño (D), forma, índice refracción, coef. extinción, polarizabilidad, etc Colorimetría Teoría Kubelka-Munk Interacción entre partículas Modelos corpusculares interacción luz-materia Reflexión ρ(λ) Transmisión τ(λ) Secciones eficaces: Q A (D, λ) Q S (D, λ) D tamaño 10 ENFOQUE EXPERIMENTAL
11 Ciencia Tecnología Color IV Propuestas desde el GVC-UA Pigmentos inorgánicos Nanopartículas Tintes orgánicos Tamaño Partículas sólidas insolubles (> 100 nm) Soluble (~ 0.1 nm) Moléculas solubles (< 100 nm) Transmisión luminosa Opaco (difusión) Transparente (absorbancia por resonancia) Transparente Saturación de color Buena Mejor (absorción total por banda) Mejor Gama de colores Pobre (algunos colores imposibles) Buena (potencial para ser excelente) Muy buena Duración Permanente Permanente Degradable 11
12 Ciencia Tecnología Color V Trabajos en desarrollo Síntesis de nanopigmentos mediante nanoarcillas y colorantes orgánicos Coloración de plásticos y análisis de prestaciones físico-químicas Otras aplicaciones: pintura en polvo Gama de nanocolorantes líquidos y sus combinaciones coloidales Gonio-cromatismo de nanomateriales Medida correcta (con doble monocromador) de la fluorescencia en nanomateriales 12
13 Ciencia Tecnología Color V Otras aplicaciones posibles (donde el GVC-UA podría colaborar...) Nuevos sensores luminosos: Sensores fluorescentes en Medicina Efecto anti-stokes (IR VIS) aplicaciones? Nuevas fuentes de luz,... Materiales nano-estructurados... Nano-fibras textiles anti-manchas Cosmética Otro tipos de recubrimientos Regeneración de tejidos biológicos Nano-Medicina Nano-Oftalmología? 13
14 Debate 1: Gestión onocimiento Nano Debate 1: pros y contras para el desarrollo de la Nano-Óptica en la UA Puntos fuertes: El GVC-UA, como grupo multidisciplinar, está predispuesto a colaborar en I+D+i Otros grupos de Óptica Aplicada en la UA también voluntad de coordinación en docencia e investigación en este campo Puntos débiles: Falta de tiempo: división coherente de tareas y responsabilidades Gestión del conocimiento Nano Inversión en recursos humanos y espacios 14
15 Debate 2: Gestión onocimiento Nano Debate 2 Hasta qué punto esta universidad, y otras en España, están dispuestas a apostar por la Nanociencia/tecnología y sus campos afines? Qué hacen otros países? Estamos ante una encrucijada importante para el desarrollo y la diferenciación cualitativa futura entre universidades? Yo creo que Sí. Bajo los nombres de previsión y de tradición, el futuro y el pasado, que son perspectivas imaginarias, dominan y limitan el presente (Valèry, ) 15
16 Conclusiones La Óptica en España goza de una salud excelente, y en la UA también Como ciencia básica para el estudio luz-materia, puede aportar mucho en la Nanociencia y la Nanotecnología Ejemplos: Libros de texto sobre Nano-Óptica y Nano-Fotónica Primeros pasos del GVC-UA Nanopigmentos y plásticos, gonio-cromatismo, etc El gran reto de la Nanociencia/Nanotecnología: Cómo asimilar y gestionar tal progresión de nuevos conocimientos y técnicas? 16
17 Contad con nosotros!! 17
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