La física cuántica, también conocida como mecánica ondulatoria, es la parte de la física que estudia el comportamiento de la materia cuando sus dimensiones son tan pequeñas (átomos) que empiezan a notarse efectos como la imposibilidad de conocer con exactitud la posición de una partícula, su energía, o conocer simultáneamente su posición y velocidad, sin afectar a la propia partícula.
Las aplicaciones de la física cuántica se limitan, casi exclusivamente, a los niveles atómico, subatómico y nuclear. Pero también se puede aplicar en otros ámbitos, como la electrónica, en la física de nuevos materiales, etc. Sin embargo, cabe destacar que, actualmente, una de sus aplicaciones más desarrollada es la Nanotecnología.
La palabra "nanotecnología" se usa para definir las técnicas que se aplican a nivel de nanoescala, es decir, unas medidas extremadamente pequeñas que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y los átomos de las sustancias y compuestos. En definitiva, se podrían fabricar materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas, como se puede observar en la siguiente imagen en la que el átomo verde puede ser reubicado en el lugar de la molécula que más interese.
En 1959, Richard Feynman, (Premio Nobel de Física en 1965), uno de los físicos más importantes del s. XX, habló por primera vez de la posibilidad de manipular las cosas átomo por átomo.
La nanotecnología supondrá numerosos avances para muchas industrias y nuevos materiales con propiedades extraordinarias, nuevas aplicaciones informáticas con componentes increíblemente más rápidos o sensores moleculares capaces de detectar y destruir células cancerígenas en las partes más delicadas del cuerpo humano como el cerebro, entre otras muchas aplicaciones.
La característica fundamental de la nanotecnología es que ensambla varios campos de las ciencias naturales donde los límites de cada una de ellas se mezclan con los de otras:
· Física
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· Química
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· Medicina
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Nanotubos de Carbono
Los nanotubos de carbono son una forma alotrópica del carbono, como el diamante, el grafito o los fulerenos. Su estructura procede de una lámina de grafito enrollada sobre sí misma. Dependiendo del grado de enrollamiento y de cómo se conforma la lámina original, el resultado puede dar lugar a nanotubos de distinto diámetro y geometría interna.
Estructuras de las formas alotrópicas del C. a:diamante, b:grafito, c:diamante hexagonal, d:fulereno C60, e:fulereno C540, f:fulereno C70, g:carbono amorfo, h:nanotubo
Nanotubo de carbono
· Son sistemas ligeros, huecos y porosos que tienen alta resistencia mecánica y, por tanto, sirven para reforzar la estructura de materiales y formar componentes de bajo peso, alta resistencia a la tracción y enorme elasticidad.
· Tienen 100 veces la resistencia del acero, pero sólo 1/6 de su peso.
· Son 40 veces más fuertes que las fibras de grafito.
· Se comportan como hilos monodimensionales aislantes, semiconductores o metálicos dependiendo de los parámetros geométricos de los tubos. También, tienen una alta capacidad de emisión de electrones que dobla la de los mejores conductores de electricidad actuales, como el cobre.
· Tienen ventajas respecto a los cristales líquidos utilizados en las pantallas planas, así como un amplio ángulo de visión, capacidad de trabajar en condiciones extremas de temperatura y brillo suficiente para poder ver las imágenes a la luz del sol.
· Pueden ser usados para la preparación de electrodos, para supercondensadores y baterías de litio, almacenamiento de hidrógeno y como soporte de catalizadores de platino en pilas de combustible. Las termocélulas basadas en electrodos de nanotubos de carbono podrían ser usadas en el futuro para generar electricidad a partir del calor desechado por fábricas, automóviles e, incluso, paneles solares.
· Son excelentes conductores térmicos.
Todas estas propiedades pueden aplicarse en campos que van desde la electrónica, la formación de componentes, el almacenamiento de energía y la fabricación de sensores hasta aplicaciones en la biomedicina, como sistemas de reconocimiento molecular, biosensores, y para la fabricación de músculos artificiales.
Nanotecnología y futuro
El futuro de la nanociencia parece no tener fin ni límites:
1. Astronomía: se están investigando y experimentando nuevos materiales realizados a nanoescala y con gran precisión atómica. Se trataría de materiales extremadamente resistentes, muy ligeros, completamente lisos, que no precisan lubricantes y que no se desgastarían con el tiempo.
2. Informática: Se están investigando los ordenadores cuánticos que utilizan un fenómeno físico conocido como “superposición”, donde objetos de tamaño infinitesimal, como electrones o átomos, pueden existir en dos o más lugares al mismo tiempo o girar en direcciones opuestas a la vez. Esto significa que los ordenadores creados con procesadores superpuestos puedan utilizar bits cuánticos, llamados qubits, que pueden existir en los estados de encendido y apagado simultáneamente en lugar de utilizar el sistema binario actual de 0 y 1. De esta manera, estos ordenadores cuánticos pueden calcular cada combinación de encendido y apagado al mismo tiempo, lo que los haría mil veces más veloces que los actuales procesadores.
Otros hallazgos importantes en el campo de la informática están relacionados con la capacidad de almacenamiento que se estima que llegará a ser de unos 40 Gygas por cm2 a 1000 Teras por cm3.
3. Industria:
a. Automóvil: materiales para reforzar los parachoques, incrementar la resistencia y capacidad de absorción de los materiales y mejorar las propiedades adhesivas de la pintura.
c. Cosmética: Aplicaciones contra las arrugas basadas en liposomas que transmiten los fármacos a través de la piel o incluso polvos de maquillaje que son nanopartículas que modifican el reflejo de la luz, para impedir apreciar la profundidad de las arrugas.
Bibliografía:
Jose Manuel Barba Sánchez nº6
ResponderEliminar¿Entonces en un futuro podríamos decir que viviremos en un mundo en el que, debido a estos grandes avances, los robots con inteligencia artificial formen una parte esencial en nuestras vidas?
Blanca Hidalgo Valverde nº 16
ResponderEliminarPor supuesto, y de eso se trata. Con este tipo de tecnología, bien aplicada, en el futuro se van a diseñar múltiples materiales, aparatos, ordenadores, robots, etc. que mejorarán de forma espectacular nuestra vida en muchos aspectos.
Sin embargo, la mayoría de estos materiales y aparatos se encuentran en fases muy iniciales de investigación pero, probablemente, algunos de ellos formarán parte de nuestra vida cotidiana en cuanto su fabricación sea asequible desde el punto de vista tecnológico y económico, lo cual será factible en un futuro quizá no muy lejano.
No obstante, debemos tener cuidado y estar atentos ya que estos descubrimientos pueden ser muy beneficiosos pero también, en determinadas manos, podrían llegar a causar muchos daños a la sociedad, la economía y a la humanidad.