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Luis Enrique Sanabria Corasfaltos

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alexa842003

Este documento provee una introducción general a la nanociencia y la nanotecnología, incluyendo definiciones, campos de aplicación, y técnicas comunes. También discute posibles riesgos para la salud y el medio ambiente asociados con los nanomateriales, y recomienda el desarrollo de normas y procedimientos de seguridad. Finalmente, resalta las oportunidades que las nanotecnologías brindan para mejorar los materiales de pavimentos.

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Que es la nanociencia? Que es la nanotecnología? Campos de aplicación de la nanociencia y la nanotecnología (N+N). Propiedades de algunos elementos “NANO”. Las N+N para (o en) materiales de los pavimentos flexibles. Cuidados y precauciones de productos nanotecnológicos. Conclusiones y recomendaciones.
Nano = Enano Raíz latina Ciencia Es la ciencia que estudia los átomos, moléculas y objetos cuyo tamaño es menor o igual a cien nanómetros. ( ≤ 100 nm) (Enciclopedia “Wikipedia”). 1 nm = 1x10^(-9) m = 1x10^(-6) mm.   Ejemplo: Un cabello humano tiene 100.000 nm aproximadamente.
Con la nanociencia se pueden entender las propiedades quánticas y su termodinámica, que no se pueden estudiar ni ver a escala macroscópica. Investiga, con átomos y moléculas, en vez de materiales en su conjunto.
Busca que las propiedades de moléculas individuales, al unirlas, formen nuevos materiales con nuevas y sorprendentes características. Igual, investiga con átomos y moléculas artificiales que se fabrican en laboratorio. Estos se comportan como átomos y moléculas naturales pero con otras características, que no se conocen en los sistemas naturales.
Es la aplicación de la nanociencia en el desarrollo de productos tendientes a mejorar el bienestar del género humano. Pretende diseñar objetos o dispositivos con funciones específicas cuyas dimensiones son de unos pocos nanómetros.   Involucra ciencias como la química, la física, la bioquímica, la biología molecular, ingeniería electrónica, química supramolecular (que estudia el conglomerado de moléculas) y química computacional, entre otras.
Usa microscopios y pruebas de proximidad, imágenes electrónicas y posicionamiento molecular electrónico, entre otras técnicas.   Inició con tres (3) pilares fundamentales: la química, la física y la biología.
BOTTOM-UP de lo atómico o molecular a lo NANO   TOP-DOWN de lo Macro a lo NANO   Estos métodos utilizan técnicas como:   “ Chemical Vapour Deposition” (CVD) o deposición química de vapores. “ Sol – Gel” “ Self assembled” o auto ensamblado. Fabricación molecular.
En la medicina, las tecnologías de la información, nuevos materiales, producción y almacenamiento de energía, nanoelementos, alimentos, medio ambiente y sistemas de seguridad, entre muchos otros.
  La técnica del “Top Down” o miniaturización es la más empleada hasta ahora, pero tiene la desventaja que las “mini” estructuras son las mismas que se encuentran en el material macro. Sin embargo, algunos materiales al miniaturizarse, se vuelven más activos, más reactivos, por el solo hecho de aumentar su ��rea superficial y disminuir su interacción interna que puede minimizar sus propiedades superficiales.
La técnica del “Bottom Up”, que va de menor a mayor, inicia con una estructura nanométrica (por ejemplo: una molécula) y mediante un proceso de “montaje” o auto ensamblado forman estructuras más complejas que siguen clasificadas como nanocompuestos.
La fabricación molecular es la última tecnología para realizar “auto montaje”. Consiste en la capacidad de construir dispositivos, maquinas e inclusive productos con cada átomo en un lugar específico. Esta técnica fue desarrollada por K. Eric Drexler.   Se prevé que las fábricas moleculares sean capaces de crear cualquier material mediante procesos de montaje controlado de átomos y moléculas, con alta precisión.
 
La disminución del tamaño, incrementa las propiedades energéticas superficiales de los materiales
Los rayos de electrones se usan para hacer diseños (químicos) que luego exponen una nueva superficie. Se emplea en la fabricación de circuitos integrados. Con nanotecnología se fabrican materiales y productos más duros, más durables, más resistentes, mas ligeros y más baratos (lo cual no implica que la tecnología sea barata) Por ejemplo: pinturas o recubrimientos que no se rayan, o telas que no se arrugan y/o no se ensucian. Los componentes electrónicos serán cada vez más pequeños, lo que facilita el diseño de ordenadores más potentes.
Con la nanotecnología y especial con la nanoBIOtecnología se están haciendo desarrollos en el área de prevención, diagnóstico y tratamiento de enfermedades. Por ejemplo: sondas nanoscópicas, herramientas que combatirán enfermedades hereditarias e indicadores que detecten y destruyan células cancerígenas. Se pueden fabricar envolturas inteligentes para conservar los alimentos frescos y en buena calidad.
Las N+N tendrán repercusión en el transporte, en la industria cosmética, en el sector de la construcción, en la industria farmacéutica, en fabricación de electrodomésticos, en el sector de las comunicaciones, en seguridad y defensa y en la industria espacial entre muchos otros.
En comunicaciones, la longitud de onda se ha ENCOGIDO desde el tamaño de un campo de futbol (100 m) al tamaño de 1 ameba (una décima de mm). Se podrán utilizar muchos satélites enviando información permanente (se estiman más de 1.000). Los investigadores estiman que en una década será posible insertar un “catéter” en una arteria y dirigirlo, por el sistema circulatorio, hasta el cerebro.
Los nanotubos como los de carbono son 100 veces más fuertes que el acero; pueden ser doblados y desdoblados sin fracturarse. Pueden transmitir 1 billón de amperios (el cobre se derrite con 1 millón); transmite 6.000 Watts por metro por grado kelvin (el diamante puro transmite 3320 W/m-k); su estabilidad térmica en vacio llega a 2800º (los metales en los microchips se derriten entre 600º y 1.000 º). Se está trabajando en la fabricación de nanocables de polímero con diámetros de 100nm.
Se fabrican sobre la base de nanotubos de pared única Las moléculas de bencina pueden adherirse al nanotubo constituyendo el nanoengranaje
Se pueden construír cápsulas que naveguen por la sangre: Cáncer Enfermedades infecciosas Diabetes Afinar el diagnóstico Fabricar nano-robots
En los próximos años, debe ser de PRIORIDAD para el sector de los pavimentos el desarrollar tecnologías NANO para mejorar la calidad de los materiales y/o procesos y/o el impacto ambiental y/o los costos que tiene esta industria.
Desarrollo y uso de polímeros (aditivos de diferente naturaleza) más reactivos y resistentes, para la modificación de los asfaltos. Desarrollo y uso de técnicas que permitan mejorar la interacción, a nivel de interfase, entre el bitumen y el agregado mineral. Desarrollo y uso de técnicas que permitan mejorar la estabilización de suelos y taludes.
Desarrollo y uso de nanocompuestos de diferente naturaleza que, como aditivos, mejoren las propiedades del ligante y/o su interacción a nivel interfase con el agregado mineral. Desarrollo y uso de pinturas para señalización horizontal, más resistentes y durables.
Los riesgos de los productos nanotecnológicos, se caracterizan por tener mayor superficie re(activa), con posible mayor impacto en el medio ambiente, en la seguridad industrial y por tanto, en la salud ocupacional .   La nanotecnología tiene riesgos evidentes; inmediatos y a largo plazo. Inmediatos: Toxicidad intrínseca de algunos de ellos A largo plazo: Potenciales contaminaciones como la denominada “la plaga gris”.
Los nanomateriales pueden penetrar por los poros de la piel. Las células de los seres vivos no detectan los nanoproductos como material extraño y por tanto no desarrollan anticuerpos; hay posibilidad que algunos de ellos penetren a las células, incluso a las nerviosas y se depositen en ellas. Los nanoproductos por su tamaño y naturaleza pueden dispersarse con mayor facilidad en el medio ambiente (tierra, agua y aire) haciendo más difícil su control.
Identificar y solucionar problemas de seguridad de las N+N. Promover procedimientos seguros y rentables para minimizar exposición de trabajadores, consumidores y medio ambiente. Desarrollar modelos y normas, con terminología y orientaciones, para determinar el riesgo durante el ciclo de vida de la tecnología. Desarrollar y propender reglamentos con : Umbrales de toxicidad. Umbrales de medición y emisión. Riesgo y umbrales de exposición.
Definir umbrales de producción. Informar al usuario y definir formas de etiquetado de productos. Revisar y modificar especificaciones para aplicaciones y usos. Informar sobre nanopartículas de nuevas sustancias a instituciones de control. Adoptar números de registros reconocidos en el “Chemical Abstract Service” y fichas de datos de seguridad. Adoptar códigos de “buena conducta”. Estudiar y apoyar aspectos de beneficio mutuo (metrología; nomenclatura; determinación del riesgo; bases de datos toxicológicos, eco-toxicológicos y epidemiológicos).
Las N+N brindan muchas oportunidades para mejorar la tecnología de los pavimentos flexibles. Es posible desarrollar y aplicar nanopartículas o nanofibras para mejorar las diferentes propiedades del ligante asfáltico: Nanofibras que, como el caso de los polímeros, tengan altas resistencias mecánicas y que, preferiblemente reaccionen con algunos de los componentes del asfalto. Nanopartículas que influyan en el comportamiento “Sol – Gel” del bitumen. Nanopartículas que actúen como aditivos de los bitúmenes para disminuir su deterioro ante la oxidación y para mejorar su adhesión a los agregados minerales.
Es posible desarrollar y aplicar nanopartículas que interactúen (reaccionen) con los agregados minerales para mejorar su adhesión con determinados asfaltos. Es posible desarrollar y aplicar nanofibras o nanopartículas para estabilización de suelos y taludes. Es posible desarrollar y aplicar nanofibras y/o nanopartículas para desarrollar pinturas resistentes y durables para la señalización horizontal de pavimentos
Fortalecer el recurso humano (de diferentes disciplinas) en N+N. Establecer redes de Grupos y Centros de Investigación para investigaciones conjuntas. Gestionar con nuestros gobiernos apoyo para fortalecer la infraestructura para la I+D+i en las N+N. Incluir como parte fundamental de cada proyecto, el estudio del impacto ambiental y social de las tecnologías desarrolladas. Crear, a través de la ALA, programas de interés común en las N+N. Si como se prevé, las N+N causarán la “TERCERA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL”, estamos a tiempo para iniciar este recorrido .
 
Contacto: Kilómetro 2 vía al Refugio, Sede UIS, Guatiguará , Piedecuesta, Santander, Colombia. Teléfono: 57-76-551395 ó 57-76-550806 LARISSA CHIMAN (QPD) PhD, Química, Investigadora - CORASFALTOS E-mail: [email_address] LUIS ENRIQUE SANABRIA GRAJALES Msc. Ing. Químico, Director Ejecutivo - CORASFALTOS Móvil: 311 854 8336. E-mail: [email_address] ; [email_address] .
 

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  • 4. Nano = Enano Raíz latina Ciencia Es la ciencia que estudia los átomos, moléculas y objetos cuyo tamaño es menor o igual a cien nanómetros. ( ≤ 100 nm) (Enciclopedia “Wikipedia”). 1 nm = 1x10^(-9) m = 1x10^(-6) mm.   Ejemplo: Un cabello humano tiene 100.000 nm aproximadamente.
  • 5. Con la nanociencia se pueden entender las propiedades quánticas y su termodinámica, que no se pueden estudiar ni ver a escala macroscópica. Investiga, con átomos y moléculas, en vez de materiales en su conjunto.
  • 6. Busca que las propiedades de moléculas individuales, al unirlas, formen nuevos materiales con nuevas y sorprendentes características. Igual, investiga con átomos y moléculas artificiales que se fabrican en laboratorio. Estos se comportan como átomos y moléculas naturales pero con otras características, que no se conocen en los sistemas naturales.
  • 7. Es la aplicación de la nanociencia en el desarrollo de productos tendientes a mejorar el bienestar del género humano. Pretende diseñar objetos o dispositivos con funciones específicas cuyas dimensiones son de unos pocos nanómetros.   Involucra ciencias como la química, la física, la bioquímica, la biología molecular, ingeniería electrónica, química supramolecular (que estudia el conglomerado de moléculas) y química computacional, entre otras.
  • 8. Usa microscopios y pruebas de proximidad, imágenes electrónicas y posicionamiento molecular electrónico, entre otras técnicas.   Inició con tres (3) pilares fundamentales: la química, la física y la biología.
  • 9. BOTTOM-UP de lo atómico o molecular a lo NANO   TOP-DOWN de lo Macro a lo NANO   Estos métodos utilizan técnicas como:   “ Chemical Vapour Deposition” (CVD) o deposición química de vapores. “ Sol – Gel” “ Self assembled” o auto ensamblado. Fabricación molecular.
  • 10. En la medicina, las tecnologías de la información, nuevos materiales, producción y almacenamiento de energía, nanoelementos, alimentos, medio ambiente y sistemas de seguridad, entre muchos otros.
  • 11.   La técnica del “Top Down” o miniaturización es la más empleada hasta ahora, pero tiene la desventaja que las “mini” estructuras son las mismas que se encuentran en el material macro. Sin embargo, algunos materiales al miniaturizarse, se vuelven más activos, más reactivos, por el solo hecho de aumentar su área superficial y disminuir su interacción interna que puede minimizar sus propiedades superficiales.
  • 12. La técnica del “Bottom Up”, que va de menor a mayor, inicia con una estructura nanométrica (por ejemplo: una molécula) y mediante un proceso de “montaje” o auto ensamblado forman estructuras más complejas que siguen clasificadas como nanocompuestos.
  • 13. La fabricación molecular es la última tecnología para realizar “auto montaje”. Consiste en la capacidad de construir dispositivos, maquinas e inclusive productos con cada átomo en un lugar específico. Esta técnica fue desarrollada por K. Eric Drexler.   Se prevé que las fábricas moleculares sean capaces de crear cualquier material mediante procesos de montaje controlado de átomos y moléculas, con alta precisión.
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  • 15. La disminución del tamaño, incrementa las propiedades energéticas superficiales de los materiales
  • 16. Los rayos de electrones se usan para hacer diseños (químicos) que luego exponen una nueva superficie. Se emplea en la fabricación de circuitos integrados. Con nanotecnología se fabrican materiales y productos más duros, más durables, más resistentes, mas ligeros y más baratos (lo cual no implica que la tecnología sea barata) Por ejemplo: pinturas o recubrimientos que no se rayan, o telas que no se arrugan y/o no se ensucian. Los componentes electrónicos serán cada vez más pequeños, lo que facilita el diseño de ordenadores más potentes.
  • 17. Con la nanotecnología y especial con la nanoBIOtecnología se están haciendo desarrollos en el área de prevención, diagnóstico y tratamiento de enfermedades. Por ejemplo: sondas nanoscópicas, herramientas que combatirán enfermedades hereditarias e indicadores que detecten y destruyan células cancerígenas. Se pueden fabricar envolturas inteligentes para conservar los alimentos frescos y en buena calidad.
  • 18. Las N+N tendrán repercusión en el transporte, en la industria cosmética, en el sector de la construcción, en la industria farmacéutica, en fabricación de electrodomésticos, en el sector de las comunicaciones, en seguridad y defensa y en la industria espacial entre muchos otros.
  • 19. En comunicaciones, la longitud de onda se ha ENCOGIDO desde el tamaño de un campo de futbol (100 m) al tamaño de 1 ameba (una décima de mm). Se podrán utilizar muchos satélites enviando información permanente (se estiman más de 1.000). Los investigadores estiman que en una década será posible insertar un “catéter” en una arteria y dirigirlo, por el sistema circulatorio, hasta el cerebro.
  • 20. Los nanotubos como los de carbono son 100 veces más fuertes que el acero; pueden ser doblados y desdoblados sin fracturarse. Pueden transmitir 1 billón de amperios (el cobre se derrite con 1 millón); transmite 6.000 Watts por metro por grado kelvin (el diamante puro transmite 3320 W/m-k); su estabilidad térmica en vacio llega a 2800º (los metales en los microchips se derriten entre 600º y 1.000 º). Se está trabajando en la fabricación de nanocables de polímero con diámetros de 100nm.
  • 21. Se fabrican sobre la base de nanotubos de pared única Las moléculas de bencina pueden adherirse al nanotubo constituyendo el nanoengranaje
  • 22. Se pueden construír cápsulas que naveguen por la sangre: Cáncer Enfermedades infecciosas Diabetes Afinar el diagnóstico Fabricar nano-robots
  • 23. En los próximos años, debe ser de PRIORIDAD para el sector de los pavimentos el desarrollar tecnologías NANO para mejorar la calidad de los materiales y/o procesos y/o el impacto ambiental y/o los costos que tiene esta industria.
  • 24. Desarrollo y uso de polímeros (aditivos de diferente naturaleza) más reactivos y resistentes, para la modificación de los asfaltos. Desarrollo y uso de técnicas que permitan mejorar la interacción, a nivel de interfase, entre el bitumen y el agregado mineral. Desarrollo y uso de técnicas que permitan mejorar la estabilización de suelos y taludes.
  • 25. Desarrollo y uso de nanocompuestos de diferente naturaleza que, como aditivos, mejoren las propiedades del ligante y/o su interacción a nivel interfase con el agregado mineral. Desarrollo y uso de pinturas para señalización horizontal, más resistentes y durables.
  • 26. Los riesgos de los productos nanotecnológicos, se caracterizan por tener mayor superficie re(activa), con posible mayor impacto en el medio ambiente, en la seguridad industrial y por tanto, en la salud ocupacional .   La nanotecnología tiene riesgos evidentes; inmediatos y a largo plazo. Inmediatos: Toxicidad intrínseca de algunos de ellos A largo plazo: Potenciales contaminaciones como la denominada “la plaga gris”.
  • 27. Los nanomateriales pueden penetrar por los poros de la piel. Las células de los seres vivos no detectan los nanoproductos como material extraño y por tanto no desarrollan anticuerpos; hay posibilidad que algunos de ellos penetren a las células, incluso a las nerviosas y se depositen en ellas. Los nanoproductos por su tamaño y naturaleza pueden dispersarse con mayor facilidad en el medio ambiente (tierra, agua y aire) haciendo más difícil su control.
  • 28. Identificar y solucionar problemas de seguridad de las N+N. Promover procedimientos seguros y rentables para minimizar exposición de trabajadores, consumidores y medio ambiente. Desarrollar modelos y normas, con terminología y orientaciones, para determinar el riesgo durante el ciclo de vida de la tecnología. Desarrollar y propender reglamentos con : Umbrales de toxicidad. Umbrales de medición y emisión. Riesgo y umbrales de exposición.
  • 29. Definir umbrales de producción. Informar al usuario y definir formas de etiquetado de productos. Revisar y modificar especificaciones para aplicaciones y usos. Informar sobre nanopartículas de nuevas sustancias a instituciones de control. Adoptar números de registros reconocidos en el “Chemical Abstract Service” y fichas de datos de seguridad. Adoptar códigos de “buena conducta”. Estudiar y apoyar aspectos de beneficio mutuo (metrología; nomenclatura; determinación del riesgo; bases de datos toxicológicos, eco-toxicológicos y epidemiológicos).
  • 30. Las N+N brindan muchas oportunidades para mejorar la tecnología de los pavimentos flexibles. Es posible desarrollar y aplicar nanopartículas o nanofibras para mejorar las diferentes propiedades del ligante asfáltico: Nanofibras que, como el caso de los polímeros, tengan altas resistencias mecánicas y que, preferiblemente reaccionen con algunos de los componentes del asfalto. Nanopartículas que influyan en el comportamiento “Sol – Gel” del bitumen. Nanopartículas que actúen como aditivos de los bitúmenes para disminuir su deterioro ante la oxidación y para mejorar su adhesión a los agregados minerales.
  • 31. Es posible desarrollar y aplicar nanopartículas que interactúen (reaccionen) con los agregados minerales para mejorar su adhesión con determinados asfaltos. Es posible desarrollar y aplicar nanofibras o nanopartículas para estabilización de suelos y taludes. Es posible desarrollar y aplicar nanofibras y/o nanopartículas para desarrollar pinturas resistentes y durables para la señalización horizontal de pavimentos
  • 32. Fortalecer el recurso humano (de diferentes disciplinas) en N+N. Establecer redes de Grupos y Centros de Investigación para investigaciones conjuntas. Gestionar con nuestros gobiernos apoyo para fortalecer la infraestructura para la I+D+i en las N+N. Incluir como parte fundamental de cada proyecto, el estudio del impacto ambiental y social de las tecnologías desarrolladas. Crear, a través de la ALA, programas de interés común en las N+N. Si como se prevé, las N+N causarán la “TERCERA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL”, estamos a tiempo para iniciar este recorrido .
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  • 34. Contacto: Kilómetro 2 vía al Refugio, Sede UIS, Guatiguará , Piedecuesta, Santander, Colombia. Teléfono: 57-76-551395 ó 57-76-550806 LARISSA CHIMAN (QPD) PhD, Química, Investigadora - CORASFALTOS E-mail: [email_address] LUIS ENRIQUE SANABRIA GRAJALES Msc. Ing. Químico, Director Ejecutivo - CORASFALTOS Móvil: 311 854 8336. E-mail: [email_address] ; [email_address] .
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