Modificar las propiedades del material con nanotecnología

Las propiedades de las nanopartículas se pueden personalizar para su uso en una aplicación de la nanotecnología en particular mediante la unión de moléculas a las nanopartículas en un proceso llamado funcionalización. Además, la capacidad de construir nanocompuestos, materiales formados mediante la integración de nanopartículas en la estructura de un material a granel, hace posible la creación de nuevos materiales que ofrecen una gama de nuevas posibilidades.

Fundamentos de funcionalización nanotecnología

Cuando un átomo está unido a otro átomo, el archivo adjunto se llama un enlace químico. La funcionalización es un proceso que implica la fijación de átomos o moléculas a la superficie de una nanopartícula con un enlace químico para cambiar las propiedades de ese nanopartícula.

El enlace utilizado en la funcionalización puede ser o bien un enlace covalente o un enlace de van der Waals. Unión covalente, en el que los electrones son compartidos entre los átomos implica un átomo sobre los electrones de intercambio de nanopartículas con un átomo en la molécula, creando un vínculo muy fuerte.

En una unión van der Waals, atracción electrostática se produce (cargas negativas y positivas sobre las moléculas y nanopartículas se atraen entre sí). Una región cargada positivamente de la molécula o de nanopartículas y una región cargada negativamente de la molécula o nanopartícula forman un enlace. El vínculo van der Waals no es tan fuerte como un enlace covalente, pero también no debilita las estructuras que se unen, como enlaces covalentes hacen.

Funcionalización de un nanotubo de carbono por la unión covalente de moléculas a él.
Funcionalización de un nanotubo de carbono por la unión covalente de moléculas a él.

Por ejemplo, si usted está unión de moléculas a los nanotubos de carbono, un enlace covalente podría debilitar el nanotubo mientras que un vínculo de van der Waals no lo haría. Por lo tanto, aunque los enlaces covalentes se utilizan con mayor frecuencia para funcionalización, van der Waals es a veces útil. Uno de esos usos se funcionalización un nanotubo de carbono mediante la unión de una molécula al nanotubo usando fuerza de van der Waals.

Funcionalización de un nanotubo de carbono uniendo una molécula a él utilizando van der Waals.
Funcionalización de un nanotubo de carbono uniendo una molécula a él utilizando van der Waals.

La funcionalización se utiliza para preparar nanopartículas para muchos usos, por ejemplo:

  • Fabricación de elementos de sensor que pueden ser utilizados para detectar niveles muy bajos de moléculas químicas o biológicas o para el diagnóstico de una muestra de sangre.

  • Nanopartículas Vinculación a fibras o polímeros para formar, materiales compuestos de alta resistencia ligera.

  • Haciendo nanopartículas que pueden unirse a las moléculas biológicas presentes en la superficie de las células enfermas para producir agentes de administración de fármacos dirigidos.

  • Hacer nanopartículas que son atraídos por sitios de unión preparados, tales como las superficies que contienen ciertos tipos de átomos (azufre se siente atraído por el oro, por ejemplo) para el montaje auto-alineados.

Hacer nanocompuestos a partir de nanopartículas funcionalizadas

Cuando se incluyen nanopartículas funcionalizadas en un material compuesto, esas nanopartículas pueden formar enlaces covalentes con el material principal utilizado en el compuesto. Por ejemplo, los nanotubos funcionalizados pueden vincularse con polímeros para producir un plástico fuerte. En un material compuesto de fibra de carbono, nanotubos funcionalizados vínculo con las fibras de carbono para crear una estructura más fuerte.

Nanotubos funcionalizados que forman un fuerte vínculo con fibras de carbono.
Nanotubos funcionalizados que forman un fuerte vínculo con fibras de carbono.

Nanocompuestos están siendo utilizados en varias aplicaciones:

  • Una variedad de nanopartículas como buckyballs, nanotubos y nanopartículas de sílice se están utilizando con diversas fibras para formar nanocompuestos utilizados en los equipos deportivos como raquetas de tenis para mejorar su fuerza o rigidez mientras que los mantiene ligero.

  • Nanocompuestos utilizando nanotubos de carbono y polímeros se están desarrollando para hacer naves espaciales más ligero.

  • Nanocompuestos utilizando nanotubos de carbono en un epoxi se utilizan para hacer palas de aerogeneradores más tiempo, permitiendo que el molino de viento para generar más electricidad.

  • Las nanopartículas de arcilla se utilizan en materiales compuestos de plástico para reducir la fuga de dióxido de carbono de botellas de plástico, la mejora de la vida útil de las bebidas carbonatadas.

  • Los materiales compuestos de nanopartículas y polímeros están siendo desarrollados para producir, plásticos fuertes ligeros para sustituir los metales en los coches.


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