Nanociencia y Nanotecnologia: Un viaje alucinante

Transcripción

1 Nanociencia y Nanotecnologia: Un viaje alucinante Dr Daniel Granados Research Fellow at IMDEA-Nanoscience Director of IMDEA s Clean Room

2 Que es un NANO? Nano = Prefijo de origen griego que significa súper-pequeño Nano según el SIM = una billonésima parte 10-9 Nanosegundo = 1 x 10-9 segundos Nanogramo = 1 x 10-9 gramos NANOMETRO = 1 x 10-9 metros 2/33

3 10-9 m es como (en órdenes de magnitud)!!!la diferencia entre un metro y un nanómetro en órdenes de magnitud es como la diferencia entre la tierra y una canica!!! Diámetro D = Km = m d/d = 1.5x10-9 m Diámetro d = 2 cm = 0.02 m 3/33

4 Soft x-ray Nanoworld Microworld Ultraviolet Visible Infrared Microwave Things Natural Cuanto de enano es un Nanómetro? 10-2 m 1 cm 10 mm Things Manmade Head of a pin 1-2 mm Ant ~ 5 mm 10-3 m 1,000,000 nanometers = 1 millimeter (mm) Dust mite 200 m 10-4 m 0.1 mm 100 m MicroElectroMechanical (MEMS) devices m wide Human hair ~ m wide Red blood cells (~7-8 m) Fly ash ~ m 10-5 m 10-6 m 0.01 mm 10 m 1,000 nanometers = 1 micrometer ( m) Pollen grain Red blood cells Zone plate x-ray lens Outer ring spacing ~35 nm 10-7 m 0.1 m 100 nm ~10 nm diameter ATP synthase 10-8 m 10-9 m 0.01 m 10 nm 1 nanometer (nm) Self-assembled, Nature-inspired structure Many 10s of nm Nanotube electrode Carbon buckyball ~1 nm diameter DNA ~2 nm diameter 4/33 Atoms of silicon spacing nm m 0.1 nm Quantum corral of 48 iron atoms on copper surface positioned one at a time with an STM tip Corral diameter 14 nm Carbon nanotube ~1.3 nm diameter

5 Nanociencia o Nanotecnología? Quien es quien Cuando reducimos el tamaño, a escala nanométrica, la leyes físicas, químicas y biológicas cambian, además aparecen nuevas leyes que sólo se observan a esta escala. NANOCIENCIA: Estudio de la naturaleza, los materiales, átomos y moléculas a escala nanométrica, entre 1-500nm. Comprensión de las nuevas leyes y nuevas propiedades que aparecen a esta escala. NANOTECNOLOGÍA: Fabricar instrumentos para ver lo que ocurre en la nanoescala. Fabricar objetos y dispositivos nanométricos en al menos una de sus dimensiones. Controlar objetos, átomos, moléculas a escala nanométrica. Hacer uso de las nuevas propiedades para fabricar nuevos dispositivos. 5/33

6 Nanociencia o Nanotecnología? Quien es quien NO PUEDE HABER NANOCIENCIA SIN NANOTECNOLOGÍA. A VECES, GRACIAS A LA NANOCIENCIA, LA NANOTECNOLOGIA EVOLUCIONA. 6/33

7 Ejemplo de Nanotecnología: El STM STM: Scanning Tunneling Microscopy = Microscopio de efecto túnel. Inventado en IBM por Heinrich Rohrer y Gerd Binnig en 1981.!!!!!EL NOBEL EN 1986!!!!!! 7/33

8 Ejemplo de Nanotecnología: El STM!!!Con el STM podemos VER LOS ATOMOS!!! Superficie de Silicio (Si) Superficie de Oro (Au) 8/33

9 Ejemplo de Nanotecnología: El STM y EL CORRAL CUANTICO!!!Con el STM podemos MOVER LOS ATOMOS!!! Donald Eigler, IBM, /33

10 Ejemplo de Nanociencia: El gecko El gecko es una variedad de lagarto que vive en climas tropicales y mediterráneos. Su extraordinaria capacidad para trepar por toda clase de superficies es!!!unica EN EL REINO ANIMAL!!! Durante años su capacidad adhesiva resultó inexplicable, puesto que no usa pegamentos (productos químicos). 10/33

11 Ejemplo de Nanociencia: El gecko El gecko usa nanotecnología para adherirse a todo tipo de superficies. Con un solo dedo puede aguantar más de 20 veces su peso, colgando!!! La nanociencia ha permitido explicar la capacidad del gecko para trepar. Las espátulas del gecko interaccionan con moléculas de agua en las superficies, produciendo fuerzas de Van Der Waals que son mucho mayores que la gravedad. 11/33

12 Repasemos otra vez la escala 15 cm = 15x10-2 m 5 mm = 5x10-3 m 1 m = 1x10-6 m 100 nm = 100x10-9 m 12/33

13 Nanociencia + Nanotecnología: Adeshivos secos Inspirandonos en el gecko (BIO-INSPIRACION) y combinando nanociencia + nanotecnología podemos fabricar adhesivos que funcionan como las espátulas del gecko.!!!sin pegamento!! (sin productos químicos, en seco). Que no se ensucian y siempre pegan sobre todo tipo de superficies/materiales. Biocompatibles para cerrar heridas, para operaciones, para reparar tejidos. 13/33

14 Un poco de historia: Visionarios de lo nano Richard P. Feynman ( ) Nobel en 1965 Norio Taniguchi ( ) Eric Drexler (1955-) Conferencia Al fondo hay mucho sitio 1959 Acuño la palabra nanotecnología 1974 Maquinas moleculares(1991) y Teoría del grey-goo 14/33

15 Nano en la antiguedad: La copa de licurgo La copa de licurgo es de origen Romano y está datada en el S.IV A.C!!!! Su color cambia en función de cómo la iluminamos (Dicroísmo). Iluminada desde dentro (Luz transmitida) Iluminada desde Fuera (Luz reflejada) La copa de licurgo contiene nanopartículas de ORO y PLATA de 5-50nm 15/33

16 Las nanopartículas de ORO (Au) Al disminuir el tamaño hasta la escala nanométrica, aparecen nuevos fenómenos y leyes. En volumen el oro es amarillo, pero en nanoparticulas el color depende del tamaño de las nanopartículas. No es lo mismo una nanportícula con 100 atomos de oro, que una con 200, o con 400 o con 1000!!!PERO SIEMPRE ES ORO!!!! 16/33

17 Usos de las Nanopartículas Nanopartículas de Ag como excelente anti-bacteriano. Otras nanopartículas como Oxido de titanio, Oxido de Zinc, Hierro, Niquel 17/33

18 Futuro de las Nanopartículas 18/33

19 Quien hace nano? Practicamente TODOS (!!!hay que ponerse las pilas!!!) 19/33

20 Reflexionemos un poco del culturilla general 20/33

21 Y ésto qué es? 21/33

22 El primer transistor del universo 22/33 Premio Nobel física en 1956!!!Bardeen tambien nobel física 1972!!!

23 Cómo funciona el transistor El transistor funciona como un interruptor y amplificador de corriente (!!dos en uno!!). La base es como el acelerador de una moto, cuanta más corriente hay entre base-emisor, mayor es la corriente entre el colector-emisor. 23/33

24 Para qué sirve un transistor? 24/33!!!El transistor se usa para toda la electrónica moderna!!!

25 Del macrotransistor al nanotransistor ENIAC (1946), 1er ordenador. Sin transistores. IBM608 (1955), 1er ordenador comercial con 3000 transistores. Intel Itanium7(2010), 2,300,000,000 transistores. 25/33

26 Nanociencia y Nanotecnología: Hasta el infinito y más allá La Nanociencia y la nanotecnología supondrán una de las mayores revoluciónes en la historia de la humanidad. La primera revolución del SXXI. Las aplicaciones de las nanociencias y nanotecnologías son innumerables y algunas van más allá de nuestra imaginación. 26/33

27 Yo trabajo en una sala limpia 27/33

28 Cómo se hace nano? Organic MBE+XPS MBE Metalizadora Cryo con e-gun + Sputtering DC y RF CNI Hot-Embossing sobremesa Sistema de correlación Microscopio Óptico-SEM 28/33

29 Photonic Crystal SEM + FIB Optical Resonators Auto -TEM Lamela Preparation µm Micro-lens on a Fibre 2 µm 3D Gray Scale patterning Nano Tips 29/33

30 Atomic Layer Deposition (ALD) 30/33

31 Fotónica cuántica: Mezclando luz y materia Yo me dedico a la fotónca cuántica, estudiar las propiedades cuánticas de la luz y su interaccion con la materia.!!!aplicaciones en información y computación cuántica!!! 31/33

32 !!!Todo está en la red!!! /33

33 CONCLUSIONES 33/33