La evolución de la nanotecnología – Explicado

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Por Earl Boysen, Nancy C. Muir, Desiree Dudley, Christine Peterson

La nanotecnología ha existido como una rama reconocida de la ciencia desde hace sólo unos cincuenta años, por lo que es un bebé en comparación con la física o la biología. Si recuerdas la ciencia de la escuela secundaria, sabes algo sobre los átomos, así que ese puede ser nuestro punto de partida para explicar la evolución de la nanotecnología.

Modelo simple para la estructura de un átomo.

La palabra átomo viene de la palabra griega que significa indivisible, átomo. La bomba atómica demostró que los átomos sí pueden ser divididos, pero en el año 450 a.C. no sabían de tales posibilidades.

En 1803 John Dalton descubrió que elementos como el agua son en realidad colecciones de átomos. Estas colecciones, llamadas moléculas, tienen características diferentes de los átomos separados (piense en dos átomos de hidrógeno que se combinan con un átomo de oxígeno y el resultado húmedo de H2O).

Hoy reconocemos que parte de la teoría original de Dalton sobre el átomo no se sostiene. Sin embargo, los conceptos más importantes, que las reacciones químicas implican la unión y separación de átomos y que los átomos tienen propiedades únicas, son la base de la ciencia física actual.

La idea de que los átomos se combinan para formar moléculas como el agua es clave para la química, la biología y la nanotecnología. El trabajo de Dalton y muchos otros científicos ha permitido a los químicos desarrollar materiales útiles, como los plásticos, así como materiales destructivos, como los explosivos.

Todos los materiales a granel están compuestos de átomos, por lo que fue necesario comprender primero los átomos para aprender a fabricar nuevos materiales. Los científicos podían sacar conclusiones sobre los átomos basándose en las propiedades de los materiales que producían, aunque no podían ver dentro de un átomo.

Un punto importante a destacar es que nadie ha visto nunca la estructura de un átomo. Incluso los microscopios más sofisticados de la actualidad no revelan los detalles de los átomos, sólo imágenes borrosas de orbes diminutos. Toda la información sobre la estructura de los átomos se basa en pruebas empíricas.

Los científicos determinaron que cada tipo de átomo absorbía diferentes frecuencias de luz y luego utilizaron esas diferencias para hacer un modelo de la estructura de los electrones alrededor del núcleo de cada átomo. Otros científicos bombardearon átomos con partículas muy pequeñas de alta energía y analizaron qué tipo de partículas resultaron de colisiones con el núcleo atómico para adivinar qué había dentro del núcleo de cada tipo de átomo.

Luego los científicos hicieron las matemáticas y desarrollaron un modelo de cada átomo para que coincidiera con sus resultados. La forma en que describimos los átomos a nuestros estudiantes de secundaria continúa evolucionando a medida que los físicos examinan los átomos con partículas de energía cada vez más altas para proporcionar más detalles sobre los componentes del núcleo atómico.

Entonces, ¿cómo se relaciona toda esta información sobre los átomos con la nanotecnología? Las nanopartículas (partículas cuyo diámetro, anchura o longitud está entre 1 y 100 nanómetros) son más grandes que los átomos y, como los átomos, nos rodean cada día. Son emitidos por las llamas de las velas, los fuegos de leña, los motores diesel, las impresoras láser, las aspiradoras y muchas otras fuentes.

Los científicos trabajaron con nanopartículas durante siglos antes de que estas partículas tuvieran nombre. Pero a diferencia de los átomos -y esta es una gran diferencia- ahora podemos ver la estructura de las nanopartículas. Este avance se produjo hace unas décadas con la llegada de los microscopios electrónicos.

Fotografía de la Oficina de Ciencias Básicas de la Energía del Departamento de Energía de los Estados UnidosEstructura de algunas nanopartículas clave (como la molécula de ADN en la parte inferior izquierda) y su tamaño en relación con otros materiales.

Con nuestra comprensión de la teoría atómica y la capacidad de ver las cosas a nanoescala, ahora tenemos conocimientos que nos permiten manipular la materia de maneras nunca antes posibles.

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