Tipos de nanomateriales
¿Cuáles son las dos categorías principales de nanomateriales basadas en la dimensionalidad?
Nanomateriales de dimensión cero (0D, como nanopartículas), unidimensionales (1D, nanohilos/nanotubos), bidimensionales (2D, grafeno, MoS₂) y tridimensionales (3D, espumas, nanocristales).
¿En qué se diferencia la estructura de una nanopartícula de la de un material a granel?
En las nanopartículas, una fracción significativa de átomos está en la superficie, lo que altera sus propiedades físicas y químicas frente al material a granel.
¿Cuáles son los factores clave que influyen en las propiedades de los nanomateriales?
El tamaño, la forma, la relación superficie/volumen, el efecto de confinamiento cuántico y la química superficial.
Definir qué son los nanotubos y su importancia en el campo de la nanotecnología.
Son estructuras cilíndricas de carbono con paredes de grafeno, extremadamente fuertes y conductoras, con aplicaciones en electrónica, energía y materiales compuestos.
Dé un ejemplo de un nanomaterial 0D.
Nanopartículas de oro (AuNPs).
¿Cuál es la importancia de la superficie en los nanomateriales?
La gran relación superficie/volumen aumenta la reactividad, la adsorción y la interacción con el entorno.
¿Por qué los nanomateriales presentan propiedades dependientes del tamaño?
Porque al reducirse a la escala nanométrica, los niveles electrónicos se cuantizan y cambia la proporción de átomos en superficie, modificando sus propiedades.
Comparar los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) y los nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT).
SWCNT: un solo cilindro, mayor conductividad y pureza. MWCNT: varios cilindros concéntricos, más fáciles de producir y mecánicamente más robustos.
Nombra un nanomaterial 2D común que se utiliza a menudo en aplicaciones electrónicas.
Grafeno
Explicar la estructura de un nanotubo y sus implicaciones para diversas aplicaciones.
Es una lámina de grafeno enrollada en forma cilíndrica, con diámetro nanométrico y gran relación largo/diámetro. Esto les da alta conductividad, resistencia y ligereza, ideales para electrónica, refuerzos estructurales y sensores.
¿Cómo interactúan los nanomateriales con la luz, lo que da lugar a propiedades ópticas únicas?
Por resonancias de plasmones superficiales y cambios en la banda prohibida, lo que genera colores distintos (ej. nanopartículas de oro de color rojo/violeta).
¿Cuáles son las posibles aplicaciones de los nanotubos en diversas industrias?
Electrónica (transistores), energía (supercapacitores, baterías), biomedicina (sistemas de liberación de fármacos), refuerzo de materiales y sensores.
Describir las propiedades únicas de los nanomateriales de carbono en comparación con otros tipos.
Tienen altísima conductividad eléctrica y térmica, gran resistencia mecánica (hasta 200 veces más que el acero) y flexibilidad excepcional.
Comparar y contrastar las estructuras cristalinas y amorfas de los nanomateriales.
Cristalinos: tienen orden atómico periódico, lo que les da propiedades predecibles. Amorfos: carecen de orden a largo alcance, con propiedades más variables pero útiles en catálisis y vidrios nanométricos.
Discutir las propiedades mecánicas de los nanomateriales y sus aplicaciones en nanotecnología.
Poseen alta resistencia específica, elasticidad y dureza. Se aplican en compuestos ultraligeros, recubrimientos resistentes y nanorobots médicos.
Discutir los desafíos y avances en la síntesis de nanotubos a gran escala.
Los retos incluyen pureza, control de diámetro y alineación. Avances: CVD catalítica y métodos de crecimiento controlado que mejoran la escalabilidad.
¿Cómo se clasifican los nanomateriales en función de su composición?
Metálicos, semiconductores, poliméricos, cerámicos y nanocompuestos híbridos.
Discutir cómo los defectos en la estructura de los nanomateriales pueden afectar sus propiedades.
Defectos puntuales, dislocaciones o bordes pueden mejorar la reactividad y la adsorción, pero también reducir la resistencia mecánica y alterar la conductividad.
Explicar la importancia de la química de superficies en la determinación de las propiedades de los nanomateriales.
La superficie determina la reactividad, estabilidad, interacción con biomoléculas y catálisis. Una modificación química puede cambiar radicalmente su comportamiento.
¿Cómo influyen los defectos de los nanotubos en sus propiedades mecánicas y eléctricas?
Defectos reducen la resistencia mecánica y la conductividad, pero a veces aumentan la reactividad química, útil en catálisis y sensores.