Los nanomateriales y sus beneficios sostenibles
¿Qué son los nanomateriales?
Dentro del entorno científico, los nanomateriales constituyen uno de los campos de estudio más prometedores e ilusionantes de la década. Para saber por qué, lo primero que debemos hacer es explicar qué son.
Los nanomateriales son todos aquellos materiales de dimensiones inferiores a 100 nanómetros, el equivalente a 100 millonésimas de milímetros. Es decir, son los materiales que se utilizan para diseñar y fabricar productos dentro de la nanotecnología, una ciencia que permite modificar la estructura molecular de los materiales.
La obtención de los nanomateriales es el resultado de un proceso de manipulación de la materia hasta desgranarla en los materiales más ínfimos posible, lo que permite crear estructuras más amplias y mejoradas de materiales en función de sus propiedades.
Sus aplicaciones se extienden a ámbitos tan diversos como la sanidad, la cosmética, la electrónica o el medio ambiente, entre otros.
Propiedades de los nanomateriales
El origen de los nanomateriales puede ser natural o artificial. Las propiedades que tienen los nanomateriales varían en función del tamaño de las partículas, la composición, la forma o la interacción que hay entre los átomos y las moléculas que los forman. Esto hace que los nanomateriales puedan, incluso, modificar las propiedades de otros objetos, mejorando las originales.
No obstante, los nanomateriales se presentan a una escala nanométrica, de forma que la superficie del material que se expone aumenta. Por tanto, se produce una mayor interacción entre sus átomos y moléculas, produciendo efectos de repulsión y atracción que afectan al comportamiento del material.
En definitiva, las propiedades físicas y químicas de los nanomateriales influyen de forma directa en las propiedades de otros materiales sobre los que se apliquen. Un material convencional puede incrementar exponencialmente su grado de resistencia gracias a los nanomateriales.
Tipos de nanomateriales que existen
Existen diferentes tipos de nanomateriales en función del criterio de clasificación que se escoja. Habitualmente se suelen distinguir según sus dimensiones, pero también se pueden clasificar acorde a su naturaleza y a su materia de origen.
Según sus dimensiones
En este caso, encontramos cuatro tipos de nanomateriales:
De cero dimensiones: se denominan nanopartículas, puesto que todas sus dimensiones se enmarcan dentro de la nanoescala. En este grupo encontramos los nanohilos, nanodiamantes o puntos cuánticos, entre otros.
Unidimensionales: es el nombre que reciben los nanomateriales que cuentan con dos de sus dimensiones en la nanoescala. Es el caso, por ejemplo, de los nanotubos o las nanofibras.
Bidimensionales: en este caso, solo una dimensión está en la nanoescala, y los electrones están confinados en una única dirección. Como ejemplo, destacan los nano recubrimientos o el grafeno.
Tridimensionales: es decir, los nanomateriales en los que los electrones se mueven libremente porque ninguna de sus dimensiones está en la nanoescala. Por ejemplo, los materiales nanoestructurados.
Según su naturaleza
Si atendemos a la naturaleza de los materiales, estos se clasifican en dos grandes tipos:
Orgánicos: es decir, nanomateriales naturales, como las proteínas de la sangre.
Inorgánicos: cuyo origen es artificial. Estos son los que se manipulan a través de diferentes procesos de fabricación.
Según su materia de origen
Por último, los nanomateriales se pueden clasificar en función de cuál sea la materia de la que provengan:
Compuestos de carbono.
Nanomateriales basados en metales.
Dendrímeros o polímeros de tamaño nanométrico.
Compuestos formados por combinaciones de nanopartículas de distintos tamaños.
¿Cómo se obtienen los nanomateriales?
La nanotecnología es la ciencia mediante la que se lleva a cabo la manipulación de diversos materiales a escala nanométrica, un proceso mediante el cual también se obtienen los nanomateriales a través de dos metodologías diferenciadas:
Método “top-down” o descendente: una técnica que consiste en ir reduciendo materiales de mayor escala a una escala nanométrica a través de procesos físicos y químicos de descomposición.
Método “bottom-up” o ascendente: en este caso, se unen distintos átomos y moléculas para obtener nanoestructuras más complejas.
Aplicaciones sostenibles de los nanomateriales
La relevancia de los nanomateriales dentro del campo de la ingeniería científica se debe a que el manejo de los mismos permite potenciar las propiedades de determinados materiales.
Es especialmente importante, además, trabajar con nanomateriales que tengan un alto nivel de biodegradabilidad. Es decir, aquellos cuya descomposición no genere residuos que no sean biodegradables y que aumenten la toxicidad del entorno.
La aplicación de los nanomateriales se extiende a numerosos sectores, y no solo eso, sino que permite hacer que muchos procesos actuales sean más sostenibles. A continuación, enumeramos algunos ejemplos:
Agricultura y producción alimentaria. La manipulación de los nanomateriales puede ayudar a reducir el nivel de toxicidad que absorben algunos alimentos debido a los fertilizantes agrícolas. La producción de estos compuestos a base de nanomateriales permite que su aplicación sea mucho más controlada y menos dañina para los productos. Por otro lado, el uso de los nanomateriales en la producción de envases alimentarios también permite reducir el uso de plásticos.
Salud. Algunos nanomateriales, como el grafeno, se pueden utilizar con el objetivo de mejorar y anticipar el diagnóstico de diversas enfermedades mediante una correcta sincronía con filamentos de ADN. Por su parte, existen determinadas nanopartículas que permiten la aplicación directa de medicamentos sobre tumores, aumentando la precisión y reduciendo los efectos en los órganos adyacentes.
Energía. En el ámbito energético, los usos que se les está dando a los nanomateriales son muy diversos. Desde la fabricación de paneles solares que multiplican la capacidad de producir electricidad a partir de la luz solar, hasta el robustecimiento de las turbinas eólicas o la aceleración en los biocombustibles.
Medio ambiente. La reducción de la contaminación atmosférica y del agua es otro de los grandes ámbitos de acción de los nanomateriales. Algunos, como el dióxido de titanio, ayudan a eliminar los compuestos contaminantes del agua, contribuyendo a su purificación.
La ingeniería de materiales y el avance científico en el campo de los nanomateriales es una de las ramas de investigación con más futuro por delante. El importante potencial que tienen estos materiales y su capacidad para mejorar la sostenibilidad del entorno y la vida de las personas hace que el conjunto de profesionales con alta especialización en este campo se demande cada vez más.
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