MATERIALS

1. MATERIALS OBJECTES TECNOLOGIA Ciències per al món contemporani 1r Batxillerat

2. L’ evolució de les necessitats de la humanitat ha originat la recerca de materials més adequats per fabricar els productes que calen per la supervivència de la espècie. • El desenvolupament de la humanitat ha estat condicionat en gran part pel descobriment i la utilització dels materials que ha fet servir: el coure i el ferro foren decisius per al progrés en les primeres etapes de la humanitat. Els plàstics, la fibra de vidre, els semiconductors o els minerals estratègics són els que marquen el desevolupament del món actual. • L’evolució en els materials representa un canvi en la manera de fabricar els objectes: les eines i els productes, la qual cosa origina també l’aparició de materials nousque abans no sols no es podien fabricar sinó que no existien en la imaginació No hi havia res que pogués preveure la gran explosió de materials nous que estan apareixen des del principi del s. XX

3. MATERIALS, OBJECTES I TECNOLOGIA • La humanitat i l’ús • dels materials 2. Els materials 3. Els nous materials 4. Noves tecnologies: La nanotecnologia 1. La humanitat i l´ús dels materials

4. 1. LA HUMANITAT I L’ÚS DELS MATERIALS • La història de la humanitat ha estat vinculada a l’ús dels materials. Sovint per estudiar-la, la dividim en períodes i al·ludim als materials: • L’Edat de Pedra • L’Edat del Bronze • L’Edat del Ferro • Però quines característiques ha de tenir un període per a ser denominat “Edat de ...” ?

5. Edat de … ? • Es produeix un canvi important en les activitats humanes • Va acompanyat d’avenços tecnològics • Hi ha notables canvis en la estructura social • Es modifiquen les formes de vida i la forma en què els éssers humans es relacionen amb el medi • Actualment podem parlar de: • Edat de l’Acer • Edat dels Plàstics • Edat del Silici

6. Des de d’edat de pedra fins a l’actualitat, l’ésser humà ha transformat materials procedents de la natura en productes per al seu ús quotidià. El procés de transformacióés, doncs, tan antic com la humanitat. • El procés de transformació s’inicia extraient el material del medi natural i s’utilitza després d’unes quantes transformacions. La capacitat de transformar els materials s’ha anat incrementant al llarg de la història. • La tecnologia actual permet seguir un procés diferent: avui en dia s’ha arribat a la capacitat de dissenyar o crear materials nousamb propietats determinades per a finalitats molt específiques.

7. DONAR RESPOSTES A NOVES NECESSITATS • Al llarg del s. XX, el desenvolupament econòmic va portar noves necessitats. La societat de consum fa que avui en dia ningú pugui prescindir de molts aparells electrònics per a la comunicació, el transport o diverses tasques domèstiques. • El confort, la crisi del petroli i la disminució dels recursos del planeta han afavorit la investigació per aconseguir nous productes: • envasos biodegradables • pantalles planes i extraplanes • motors que consumeixen menys • materials biocompatibles per a implants • circuits cada cop més petits i més complexos • teixits que no es mullen ni es taquen • telèfons mòbils amb infinites aplicacions • materials més resistents i lleugers, etc. • D’aquí la importància de trobar nous materials que puguin reemplaçar els actuals, amb millors propietats i que requereixin processos menys contaminants per a la seva transformació i que a més siguin reciclables.

8. ALGUNS EXEMPLES • El desenvolupament científico-tecnològic i l’aparició de noves necessitats es fan patents en diferents disciplines: • Tecnologia aeronàutica i aeroespacial • Medicina • Electrònica • Transport • Tecnologies de la informació i de les comunicacions • Construcció • Indústria tèxtil • Esports

9. Tecnologia AERONÀUTICA i AEROESPACIAL • El progrés de l’aviació comercial, la militar i els vols espacials són un repte permanent per a científics i enginyers. • Materials ceràmics molt resistents al calor (ceràmiques avançades) • Materials compostos (compòsits) resistents i lleugers a temperatures elevades • Materials resistents a la corrosió • Les aeronaus fabricades amb materials compostos poden reduir notablement el pes de la nau de manera que es pot reduir el consum de combustible i allargar els trajectes de les aeronaus Transbordador Discovery

10. MEDICINA • Cargols que subjectin ossos trencats i que no s’oxidin o es descomponguin • Pròtesis • Implants • Substituts de vasos sanguinis que es deterioren o s’obstrueixen(polímer derivat del tefló) • Substitució del cristal·lí opac de l’ull (cataractes) amb una lent d’un material derivat del metacrilat

11. ELECTRÒNICA • El desenvolupament del coneixement de les propietats d’un nou material, el silici, origina el descobriment i l’ús dels semiconductors i inicia la gran revolució tecnològica de la segona meitat del s. XX. • Les diferents combinacions de semiconductors permeten la fabricació de components electrònics com són els diodes, LEDs, transistors, termistors, portes lògiques, xips, memóries, etc. • Actualment recerca en materials substituts del silici (materials orgànics amb les propietats del silici) Referència: CCMC Madrid Aproximaciones didácticas Unidad 5: LA ERA DEL SILICIO p. 233. Article El País Ciberpaís.pdf “Llega el chip de grafeno” 300409

12. CONSTRUCCIÓ • Materials molt resistents (terratrèmols) • Aïllants tèrmics i acústics • Eficiència energètica dels edificis • Compòsits per reforçar el formigó • Ceràmiques per fabricar sanitaris que no es mullen • Evitar la corrosió en exteriors

13. PROPIETATS MECÀNIQUES ELECTRO MAGNÈTIQUES TÈRMIQUES ÒPTIQUES QUÍMIQUES ACÚSTIQUES 2. ELS MATERIALS • Aquestes propietats es poden classificar en: • Elsmaterialssón les substàncies que componen els objectes que ens envolten • Cada material té unes propietats físiques, químiques i mecàniques que el fan més adequat per a un ús determinat. • La manipulació dels materials és un procés molt complex que implica comprendre les seves propietats.

14. PROPIETATS MECÀNIQUES MAL·LEABILITAT: L’alumini com molts altres metalls es força mal·leable, se’n poden fer làmines molt fines. DENSITAT DURESA: El diamant és el material més dur que es coneix. S’utilitza en màquines abrassives, perforadores i de tall. ELASTICITAT: La fibra de carboni és molt flexible: permet construir objectes capaços d’aguantar forces grans sense trencar-se TENACITAT: L’acer és molt tenaç, suporta cops sense trencar-se. S’utilitza en eines. PLASTICITAT: El material que forma la plastilina es pot modelar fàcilment sense que es trenqui DUCTILITAT: Els metalls són molt dúctils i es poden produir fils molt fins. RESISTÈNCIA: a la compressió, a la tracció, a la torsió i a la flexió

15. PROPIETATS ELECTROMAGNÈTIQUES Propietats elèctriques: El coure s’utilitza en els fils conductors perquè condueix molt bé l’electricitat i dissipa poca energia. La plata és molt més bona conductora però és bastant més cara. Propietats magnètiques: L’agulla de les bruixoles és magnètica se sent atreta per un imant (Terra).

16. PROPIETATS TÈRMIQUES CONDUCTIVITAT TÈRMICA: la baquelita condueix molt malament el calor, és un bon aïllant tèrmic, per això s’utilitza en els mànecs dels estris de cuina. TEMPERATURA DE FUSIÓ: el wolframi s’utilitza en el filament de les bombetes per la seva elevada temperatura de fusió. CAPACITAT DE DILATACIÓ: En molts termostats s’empren dues làmines de metalls que es dilaten de manera diferent quan s’escalfen CALOR ESPECÍFIC: Els plats de terrissa, gràcies a la seva calor específica elevada, conserven el menjar calent durant més temps.

17. La FIBRA DE VIDRE és molt transparent: la llum pot viatjar a través d’aquest material molts km sense atenuar-se. S’utilitza en comunicacions. ÒPTIQUES COLOR TRANSPARÈNCIA REFLEXIBILITAT ÍNDEX DE REFRACCIÓ BRILLANTOR FLUORESCÈNCIA POLARITZACIÓ DE LA LLUM PROPIETATS ÒPTIQUES En persones amb moltes diòptries, per no augmentar molt el gruix de les lents s’utilitzen “vidres” amb ÍNDEXDE REFRACCIÓ més alts Les parets de les LÀMPADES FLUORESCENTS reemeten la llum quan hi incideix la llum ultraviolada Els CRISTALLS LÍQUIDS deixen passar o no una part de la llum segons si estan sotmesos o no a un corrent elèctric. Així es formen els caràcters llegibles a les pantalles de calculadores. El PLÀSTIC utilitzat en senyals viaris o en armilles de seguretat reflecteix molt bé la llum.

18. La Ciència i Enginyeria de materials és la disciplina que s’ocupa de l’estudi de l’estructura, les propietats i el comportament dels materials Característiques dels materials: actualment han de complir les següents condicions: • Propietatsque siguin les adients pel seu ús • “Competitius” : Procés de transformació viable i competitiu. No generin residus en el procés de transformació. • “Sostenibles”: Reciclables fàcilment i amb menys consum energètic i sense contaminar el medi ambient http://www.upc.edu/enclauupc/plastics-biodegradables

19. MATERIALS METALLS I ALIATGES POLÍMERS CERÀMICS COMPOSTOS FÈRRICS TERMOPLÀSTICS VIDRES MATRIU Acers TERMOESTABLES VITROCERÀMIQUES REFORÇ Fosses ELASTÒMERS ARGILES NO FÈRRICS REFRACTARIS Metalls pesants ABRASIUS Aliatges lleugers CIMENTS CERÀMIQUES AVANÇADES CLASSIFICACIÓ DELS MATERIALS • Els materials es classifiquen en els següents grups:

20. ALIATGES FÈRRICS (Fe principal component de la mescla) Segons el percentatge de carboni es classifiquen en: • Ferro: pur quan el contingut de carboni és < 0,03% poques aplicacions industrials degut a l’escassa resistència mecànica i a fàcil corrosió • Acers: aliatge de ferro i carboni (prop. carboni és del 0,03% a l’1,75%) Admet forja i tractaments tèrmics per modificar les propietats mecàniques sense canvi de composició química (tremp, recuita, normalitzat i reveniment) Es classifiquen en • Acers al carboni: Fe i C i poden contenir petites quantitats d’altres elements metàl·lics i no metàl·lics • Acers aliats: Fe i C i quantitats apreciables de metalls com Ni, Cr, Mb entre d’altres. L’addició d’aquest elements millora les props. Mecàniques, com l’acer inoxidable amb un 11% de Cr que dóna gran resistència a la corrosió • Fosses: aliatges de Fe i C (2,5% - 5% de C i entre 0,5% - 3% de Si) No admeten forja, però fàcilment emmotllables ja que tenen una temperatura de fusió entre 1150ºC i 1300ºC

21. METALLS I ALIATGES NO FÈRRICS (no contenen Fe) • El coure i els seus aliatges: El Cu é un excel·lent conductor i presenta una molt bona resistència a la corrosió. En aliatges millora la resistència mecànica i la resistència a la corrosió, per exemples: Llautó: Cu-Zn, Bronze: Cu-Sn • Aliatges de Ni, Co i superaliatges: resistents a temperatures elevades i excel·lent resistència a la corrosió. Els superaliatges estan formats per Ni i Co, que confereixen una gran resistència mecànica a temperatures elevades, i bona resistència a la corrosió. • Aliatges lleugers: aliatges de baixa densitat. Són d’Al, de Mg, de Ti i d’altres. Per la baixa densitat, la bona resistència mecànica i la resistència a la corrosió s’utilitzen en aplicacions aeroespacials i aeronàutiques. Els aliatges de Ti a més són dúctils i biocompatibles pel que s’usen en aplicacions mèdiques (pròtesis).

22. POLÍMERS • Unió de monòmers: substàncies d’origen orgànic formades principalment per C i H, i formen llargues cadenes d’elevat pes molecular. Tenen una densitat i una temperatura de fusió baixes • Materials recents (pricipis del s. XX) i que més repercusions han tingut i tenen en la societat. • S’obtenen del petroli • Entre els polímers hi ha: • Plàstics: moltes aplicacions degut a la gran facilitat per donar-los la forma que més convingui (plasticitat) • Cautxú o goma natural: derivat d’un hidrocarbur que s’obté del làtex de l’arbre de cautxú. Aplicació: pneumàtics de cotxe després de l’addició de sofre (vulcanització) • Silicona: polímer de silici, inert i estable a altes temperatures. Aplicació: lubricants, impermeabilitzants, adhesius, i en medicina per fabricar: lents de contacte, vàlvules cardíaques i implants mamaris

23. Classificació dels plàstics:

24. Classificació dels polímers: • Naturals: cotó, seda, llana • Sintètics: amb gran resistència mecànica, baixa densitat, gran flexibilitat, aïllants tèrmics. • Termoplàstics: plàstics en escalfar-los i poden ser conformats per fusió i solidificació en un motlle. Reciclables. Ex: polietilè (PE), poliestirè (PS), metacrilat (PMMA), policlorur de vinil (PVC), tefló o politetrafluoretilè (PTFE), niló, poliamida. • Termoestables: més resistents i fràgils, no reciclables Ex: reines fenòliques dels adhesius, poliurees d’estris de cuina, poliuretans en fibres i escumes, silicones per adhesius i segelladors. • Elastòmers: es deformen en ser sotmesos a pressió i recuperen la forma en cessar la pressió. Ex: catxú, silicona, polibutàdiè, policloroprè

25. CERÀMIQUES • Materials no orgànics ni metàl·lics • Molt fràgils, presenten bona conductivitat tèrmica i conductivitat elèctricamolt baixa, són durs i poc dúctils, amb temperatures de fusió molt elevadesi bona estabilitat química. • Es comporten millor que els metalls i els polímers a altes temperatures i sota condicions ambientals agressives, però la seva fragilitat no les fa aptes per a moltes aplicacions industrials. • Exemples de ceràmiques: • Vidres: contenen un 70% de silici, sosa i calç, en estat no cristal·lí • Vitroceràmiques: vidre que ha perdut l’estat amorf mitjançant un procediment de cristal·lització controlada. Coeficient de dilatació molt baix, aplicacions que requereixen altes temperatures: bescanviadors de calor, plaques de cocció de cuina • Argiles: silicats d’alumini hidratats. Sanitaris i vaixelles, maons i rajoles. • Refractaris: òxids metàl·lics. Resisteixen l’atac químic i les temperatures elevades. Maons de forns i xemeneies, gresols. • Abrasius: diamant, carbur de silici, carbur de tungstè, alúmina. Moles abrasives, en operacions de desgast o tall d’altres materials més tous. • Ciments: Silicats de calci en forma de pols fina que en mesclar-la amb aigua formen una pasta que s’endureix amb el temps a temperatura ambient. Mesclat amb sorra o grava dóna el formigó. • Ceràmiques avançades: carburs, nitrurs, borurs i òxids. Excel·lents propietats mecàniques i físiques a temperatures elevades pel que s’empren en aplicacions que requereixen desgast a altes temperatures com els motors d’automoció i turbines, eines de tall per al mecanitzat de metalls,

26. COMPÒSIT MATRIU REFORÇ Metàl·lica Partícules Polimèrica Fibres Ceràmica Estructural MATERIALS COMPOSTOS O COMPÒSITSFormats per dos o més constituents amb diferent forma i composició química i insolubles entre si: la matriu (material aglutinant) i un reforç (fibres o partícules)Es classifiquen segons la matriu i el tipus de partícula del reforç: Kevlar: família de plàstics amb fibra de vidre

27. Les seves propietats varien i quasi es poden obtenir “a la carta”, en produir-los es tenen en compte les qualitats concretes de l’aplicació: baixa densitat, tenacitat, operativitat a alta temperatura, etc. • El material resultant té millors propietats que els components separats. • Els primers materials compostos es van desenvolupar durant la Segona Guerra Mundiali consistien en una matriu plàstica (polímer) i un reforç en forma de fibra de vidre o carboni. • Com són materials molt lleugers i resistentss’empren en xassissos i carrosseries de cotxes, motos i avions (parts de l’estructura de l’Airbus A310 són fabricades de compòsits), es fan servir en la construcció d’edificis perquè poden competir amb el formigó i l’acer.

28. 3. NOUS MATERIALS • La síntesi de nous materials, a causa de l’esgotament dels recursos naturals i l’aparició de noves necessitats, ha trobat resposta gràcies a les bases científiques del coneixement de les molècules i els àtoms. • Els avenços en la investigació en Ciència i Enginyeria de Materials que s’han produït en les últimes dècades ha permès de fabricar productes de més qualitat i més econòmics a partir de matèries primeres més abundants i que requereixen un consum energètic menor. • S’està a punt per dissenyar i construir materials “fets a mida”per necessitats específiques: és la revolució de la Ciència de Materials. Els nous materialssón un dels exemples més notables de la relació entre el desenvolupament científic i tecnològic, la creativitat i la innovació

29. EL CARBONI: És un element molt abundant a la natura i amb ell es fabriquen molts objectes d’ús quotidià d’importància vital.Els àtoms de carboni estan units formant xarxes cristal·lines. Segons l’estructura cristal·lina en què s’ordenen els àtoms de carboni, tenim diferents materials. DIAMANT GRAFIT Àtoms cristal·litzen en làmines que se separen fàcilment Presenta una estructura cristal·lina del sistema cúbic

30. LA FIBRA DE CARBONI • La fibra de carboni és un material format per fils de carboni trenats, és d’una resistència tres cops superior a la de l’acer i la seva densitat és 4,5 vegades menor, pel que la converteix en un material molt resistent i lleuger. A més quasi no s’altera per la corrosió ni el foc • La indústria del carboni té múltiples aplicacions: l’esport, l’aeronàutica, la indústria aeroespacial, els transports, la medicina i la construcció. L’Airbus A380, l’avió de passatgers més gran que existeix. Alguns components com les bigues centrals de fusellatge i les ales estan fabricades amb materials compostos de fibra de carboni que són més lleugers que l’alumini i més resistents que el titani, pel què resulten més adients pels grans esforços que han de suportar les ales d’aquesta avions gegants.

31. COM ES FABRICA LA FIBRA DE CARBONI? • La fibra de carboni és un fil llarg i molt prim (~ 0,005 mm diàmetre) d’àtoms de carboni. Els àtoms s’adhereixen quan es formen cristalls que se situen els uns sobre els altres paral·lels a l’eix de la fibra. • L’alineació dels cristalls fa que la fibra tingui una resistència tan gran per la mida que té. • Diverses fibres de carboni trenades i enllaçades formen el teixit. Aquest teixit es combina amb resines que fan de goma i es modela per donar la forma que es vol. • Reforçades amb metalls o altres compostos es fan servir ja en parts d’avions, bicicletes, pals de vaixells, canyes de pescar, raquetes, etc. • Es fabrica a partir de quitrans derivats del petroli Boeing 787 “Dreamliner” El 50% del Boeing 787 és de fibra de carboni

32. Els nous materials inclouen: • Noves ceràmiques: menys fràgils, resistents als xocs i les elevades temperatures, resistència tèrmica i química. Aplicacions: peces per treballar a altes temperatures, eines de tall i ossos artificials biocompatibles. • Polímers conductors: amb electrons lliures portadors de càrrega. Els plàstics conductors permeten fabricar làmines plàstiques lluminoses. Aplicacions: pantalles extraplanes de TV, rètols informatius “L’any 2000 es guardonà amb el Premi Nobel de química un grup de científics pels seus treballs sobre polímers conductors. Actualment, aquests materials ja han trobat aplicacions en la construcció de pantalles lluminoses. En el futur serà possible obtenir fibres de plàstic amb nanoestructures de carboni resistents a l’aigua i conductors de la electricitat. Plàstics amb memòria que es poden modelar a baixes temperatures i que en ser escalfats recuperen la seva forma original, plàstics amb propietats semblants a les dels metalls. Una gamma extensa de grans possibilitats s’està obrint en el món dels plàstics”

33. Materials fotònics: capaços de transmetre senyals en • forma de pulsos lluminosos a gran velocitat, a causa de la • seva transparència. • Aplicacions: fibres òptiques per millorar l’amplada de banda i de velocitat de trànsit de dades a la xarxa de telecomunicacions (àudio i video a Internet) i aconseguir velocitats superiors als 100 Gb/s, s’estudia la construccion de transistors per construir ordinadors fotònics 1000 vegades més ràpids que els actuals. • Superconductors: no ofereixen R al pas de corrent elèctri a molt • baixes i baixes T. Sense pèrdues energètiques per efecte Joule. • Aplicacions: producció de grans camps magnètics (equips de ressonància magnètica en hospitals i en recerca), conducció de grans densitats de corrent elèctric sense pèrdues, trens d’alta velocitat levitats (Maglev, Shangai)

34. Biomaterials: capaços de reemplaçar la funció d’organs o teixits vius i es fabriquen per implantar-los en un organisme viu sense que els rebutgi. Aplicacions: pròtesis odontològiques, vàlvules cardíaques, pròtesis òssies, rinoplàstia, cirurgia, etc. • Nanomaterials: nanocompostos de carboni http://www.upc.edu/enclauupc/les-nanofibres

35. Noves tecnologies: • Els nous materials permeten fabricar d’una altra manera, però van molt més enllà: estan obrint les portes a objectes i a processos de producció innovadors, més especialitzatsi més dirigits a un producte concret, relativament més respectuosos amb el medi ambient i sobretot, molt més pràctics. • La tecnologia làser • La mecatrònica: combinació sinèrgica de l’enginyeria mecànica de precisió, l’electrònica, el control automàtic i els sistemes de disseny de productes i processos. • Els microscopis nanotecnològics: • El microscopi d’efecte túnel (STM) • El microscopi de força atòmica (AFM) • La nanotecnologia: fulerens i nanotubs

36. La tecnologia làser • Light AmplificationbyStimulatedEmision of Radiation: El raig làsers’obté en aplicar un descàrregaelèctrica en un tub amb gas. La descàrrega provoca que elselectronsemetinfotons, que xoquenambd’altreselectrons i s’emetenmésfotons. Aplicacions: reproductors de CD’s i DVD’s, impresores, lectors de codis de barres, sistemes d’escanejat, espectroscòpia, processament de metalls, eina de tall de precisió amb programes de control, cirurgia, recerca científica, etc. http://www.tv3.cat/videos/1131969 “Làser: adéu a la miopia”

37. El microscopi d’efecte túnel • Fou dissenyat per primer cop als laboratoris d’IBM a Zurich i el 1986 van guanyar el Premi Nobel de física per aquest invent. • Dóna una imatge indirecta de l’objecte: una agulla recorre la superfície a estudiar a una distància fixa. L’ajust vertical respecte la superfície per escanejar es controla per l’efecte túnel. • Corrent de transmissió entre la superfície i l’agulla encara que no hagi contacte. La potència del corrent està lligada a la distància i això fa possible mantenir una distància fixa d’uns 10-7 cm (2 àtoms). • L’extrem de l’agulla està formada per un sol àtom i per això es detecten els detalls més petits de la superfície escanejada.

38. 4. NOVES TECNOLOGIES: LA NANOTECNOLOGIA • Què és la nanociència? L’estudi dels objectes i fenòmens a molt petita escala (1-100 nm) El desenvolupament científic i tecnològic ha trobat el seu punt culminant en la possibilitat de manipular objectes a nanoescala, és a dir, manipular àtoms i molècules per crear materials amb propietats concretes. • Què és la nanotecnologia?L’estudi, el disseny, la creació, la síntesi, la manipulació i l’aplicació de materials, aparells i sistemes funcionals a través del control de la matèria a nanoescala i l’explotació de fenòmens i propietats de la matèria a nanoescala.

39. Nanoescala: Com és de gran 1 nanòmetre? 1 nm = 10-9 m = 0,000000001 m = la milionèssima part d’un metre (Full de paper = uns 100 000 nm Quèquicom: Nanotecnologia:el món més petit (una agulla Fent un zoom a la mà ... en la península))

40. De què parlem? • A aquesta escala, la matèria presenta propietats noves i desconegudes. • Nousparadigmes, noves eines, noves propietats i aplicacions, nousproductes i tècniques… • La nanotecnologiaésmulti iinterdisciplinar: FísicaEnginyeria QuímicaCiència de materials Biologia

41. La nanotecnologia és multidisciplinar:

42. Richard Feynman (Nobel de física 1965) Any 1959 !

43. Què hi ha d’interessant en la nanoescala? • Partícules a escala nanomètrica tenen propietats diferents de les partícules més grans de la mateixa substància • Estudiant els fenòmens d’aquesta escala es podrà: • Aprendre més sobre la natura de la matèria • Desenvolupar noves teories • Descobrir noves qüestions i trobar respostes en àmbits tan llunyans com la salut, l’energia o la tecnologia • En general, idear i produir nous productes i tecnologies que millorin la qualitat de vida de les pesones

44. Consideracions generals de la nanoescala • Els àtoms i les molècules generalment són menors al nm i s’estudien a química • La física de la matèria condensada tracta amb sòlids normalment considerant xarxes infinites d’àtoms enllaçats La nanotecnologia es troba al mig (meso-world) • Això fa que no es puguin aplicar conceptes propis de química quàntica, i els sistemes no són prou grans per només considerar les lleis clàssiques de la física

45. El que fa realment interessant la nanociència és que en aquestes escales, les propietats físiques i químiques dels materials canvien • Com canvien les propietats dels materials???? • Per exemple, es comporten els materials sempre igual independentment de les seves dimensions????

46. La importància de la relació superfície-volum • A escala nanomètrica l’àrea efectiva augmenta, la reactivitat química • augmenta i per tant, una de les primeres aplicacions per explotar la • nanotecnolgia ha estat en química i bioquímica. • Algunes propietats concretes depenen fortament de les dimensions: • En semiconductors com ZnO, CdS i Si, el bandgap canvia amb la mida, aquest canvi provoca un canvi de color. • S’altera l’estructura de bandes i apareixen nivells d’energia dominants • La temperatura a la què els àtoms, ions o molècules d’una substància tenen energia suficient per superar les forces intermoleclars que les mantenen en una posició fixa en un sòlid (punt de fusió)

47. El comportament de l’or varia segons la dimensió de les partícules • El punt de fusió depèn • de la mida de les partícules • L’or com a substrat sòlid és groc, • però les nanopartícules d’or • són de diferents colors segons • els seu diàmetre

48. Nanocompostos de carboni: ful·lerens i nanotubs • El carboniés un element fonamental en la nostra existència ja que està present en la majoria dels compostos que formen els éssers vius. • Fins a finals del s. XX, el diamant i el grafit eren les dues úniques formes conegudes en les quals es presentava el carboni pur a la natura. • Ful·lerè: nanoestructura formada de 60 àtoms de carboni amb una forma semblant a l’icosaedre (C60). • Els ful·lerens en forma de nanobaló van deixar pas als ful·lerens en forma de tub o nanotubs. Al 1985 un grup de científics va sintetitzar esferes de carboni pur que van anomenar Buckyball o fulerene. Premi Nobel de química el 1996

49. Nanotubs de carboni • Nanotubs: nanoestructura cilíndrica de grafit que tenen un diàmetre nanomètric i un llarg que pot arribar als mm. • Són les fibres més resistents que es coneixen, són molt lleugeres, més elàstiques que les fibres de carboni i barates. • Introduint altres elements en l’estructura esdevenen conductors o semiconductors depenent com s’enrotlli les làmines de carboni (bandgap sintonitzable) Al 1985 un grup de científics va sintetitzar esferes de carboni pur que van anomenar Buckyball o fulerene. Premi Nobel de química el 1996

50. Permeten densitats de corrent elevades. • Conductivitat més alta que el Cu • Condueixen corrent elèctric de manera quasi instantània d’un extrem a un altre sense pèrdues energètiques. Els nanotubs han estat un gran avenç tecnològic, i obre unes possibilitats a l’electrònica que ara mateix ja estan revolucionant la nostra vida quotidiana La nanociència ha obert les portes a la nanotecnologia i el futur és a l’abast de la mà