MATERIALS, OBJECTES I TECNOLOGIA - PowerPoint PPT Presentation

Loading...

PPT – MATERIALS, OBJECTES I TECNOLOGIA PowerPoint presentation | free to download - id: 759c40-MDNmO



Loading


The Adobe Flash plugin is needed to view this content

Get the plugin now

View by Category
About This Presentation
Title:

MATERIALS, OBJECTES I TECNOLOGIA

Description:

... Innovaci en materials diversos http://www.upc.edu/enclauupc/les-nanofibres Recobriments Repel.lents de l aigua i la brut cia Mercedes covered with ... – PowerPoint PPT presentation

Number of Views:20
Avg rating:3.0/5.0
Slides: 65
Provided by: ies109
Learn more at: http://blog.jjla.es
Category:

less

Write a Comment
User Comments (0)
Transcript and Presenter's Notes

Title: MATERIALS, OBJECTES I TECNOLOGIA


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.
  • Levolució en els materials representa un canvi
    en la manera de fabricar els objectes les eines
    i els productes, la qual cosa origina també
    laparició de materials nous que 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 lús
  • dels materials

2. Els materials
3. Els nous materials
4. Noves tecnologies La nanotecnologia
1. La humanitat i lús dels materials
4
1. LA HUMANITAT I LÚS DELS MATERIALS
  • La història de la humanitat ha estat vinculada a
    lús dels materials. Sovint per estudiar-la, la
    dividim en períodes i alludim als materials
  • LEdat de Pedra
  • LEdat del Bronze
  • LEdat 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 davenços 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 lAcer
  • Edat dels Plàstics
  • Edat del Silici

6
  • Des de dedat de pedra fins a lactualitat,
    lésser humà ha transformat materials procedents
    de la natura en productes per al seu ús quotidià.
    El procés de transformació és, doncs, tan antic
    com la humanitat.
  • El procés de transformació sinicia extraient el
    material del medi natural i sutilitza després
    dunes quantes transformacions. La capacitat de
    transformar els materials sha anat incrementant
    al llarg de la història.
  • La tecnologia actual permet seguir un procés
    diferent
  • avui en dia sha arribat a la capacitat de
    dissenyar o crear materials nous amb 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.
  • Daquí 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
    laparició 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 laviació 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
  • soxidin o es descomponguin
  • Pròtesis
  • Implants
  • Substituts de vasos sanguinis que es deterioren o
    sobstrueixen (polímer derivat del tefló)
  • Substitució del cristallí opac de lull
    (cataractes) amb una lent dun material derivat
    del metacrilat

11
ELECTRÒNICA
  • El desenvolupament del coneixement de les
    propietats dun nou material, el silici, origina
    el descobriment i lús 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
2. ELS MATERIALS
  • Els materials són 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.
  • Aquestes propietats es poden classificar en

14
PROPIETATS MECÀNIQUES
MALLEABILITAT Lalumini com molts altres
metalls es força malleable, sen poden fer
làmines molt fines.
DENSITAT
DURESA El diamant és el material més dur que es
coneix. Sutilitza en màquines abrassives,
perforadores i de tall.
ELASTICITAT La fibra de carboni és molt
flexible permet construir objectes capaços
daguantar forces grans sense trencar-se
TENACITAT Lacer és molt tenaç, suporta cops
sense trencar-se. Sutilitza 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 sutilitza en
els fils conductors perquè condueix molt bé
lelectricitat i dissipa poca energia. La plata
és molt més bona conductora però és bastant més
cara.
Propietats magnètiques Lagulla 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 sutilitza en els mànecs dels estris de
cuina.
TEMPERATURA DE FUSIÓ el wolframi sutilitza en
el filament de les bombetes per la seva elevada
temperatura de fusió.
CAPACITAT DE DILATACIÓ En molts termostats
sempren dues làmines de metalls que es dilaten
de manera diferent quan sescalfen
CALOR ESPECÍFIC Els plats de terrissa, gràcies a
la seva calor específica elevada, conserven el
menjar calent durant més temps.
17
PROPIETATS ÒPTIQUES
La FIBRA DE VIDRE és molt transparent la llum
pot viatjar a través daquest material molts km
sense atenuar-se. Sutilitza en comunicacions.
En persones amb moltes diòptries, per no
augmentar molt el gruix de les lents
sutilitzen vidres amb ÍNDEX DE 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
  • Característiques dels materials actualment han
    de complir les següents condicions
  • Propietats que 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-biodegr
    adables

La Ciència i Enginyeria de materials és la
disciplina que socupa de lestudi de
lestructura, les propietats i el comportament
dels materials
19
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 lt
    0,03
  • poques aplicacions industrials degut a
    lescassa resistència
  • mecànica i a fàcil corrosió
  • Acers aliatge de ferro i carboni (prop. carboni
    és del 0,03 a l1,75)
  • 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 daltres elements metàllics i no
    metàllics
  • Acers aliats Fe i C i quantitats apreciables de
    metalls com Ni, Cr, Mb entre daltres. Laddició
    daquest elements millora les props. Mecàniques,
    com lacer 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
    excellent 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 excellent 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 dAl, de Mg, de Ti i daltres.
  • Per la baixa
    densitat, la bona resistència mecànica i la
  • resistència a
    la corrosió sutilitzen en aplicacions
  • aeroespacials
    i aeronàutiques.
    Els
    aliatges de Ti a més són dúctils i biocompatibles
    pel
  • que susen en
    aplicacions mèdiques (pròtesis).

22
POLÍMERS
  • Unió de monòmers substàncies dorigen
  • orgànic formades principalment per C i H,
  • i formen llargues cadenes delevat 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.
  • Sobtenen 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 dun hidrocarbur
    que sobté del làtex de larbre de cautxú.
    Aplicació pneumàtics de cotxe després de
    laddició 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
Nom Abreviatura Usos Propietats
Tereftalat de polietilè PET / PETE Ampolles de gasosa, refrescos Mylar Baix cost Processament per bufament, injecció o extrusió Excellents propietats mecàniques Actua com a barrera davant dels gasos
Polietilè dalta densitat PEAD / HDPE Recipients per a menjar Ampolles de detergent Ampolles de llet Pròtesis darticulacions Molt resistent davant la compressió, la tracció i la tensió Resisteix temperatures baixes Molt lleuger
Policlorur de vinil PVC Canonades Senyalització Finestres Molt resistent i lleuger Molt versàtil Inert (aplic. sanitàries) Es pot reciclar
Polietilè dalta densitat PEDB / LDPE Safates Bosses descombraries Capses de plàstic tou Anelles de transport de les llaunes de refresc Cost baix Flexible, transparent i lleuger No és tòxic Impermeable Fàcil de processar
Polipropilè PP Aïllant de cables elèctrics Carpetes Bijuteria Lleuger Resistent Transparent Resisteix temperatures altes sense degradar-se
Poliestirè PS Escuma de poliestirè expandit (suro blanc), embalatges Construcció Cost baix Bon aïllant tèrmic i elèctric Opac i transparent Densitat molt baixa
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 destris 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 metàllics
  • Molt fràgils, presenten bona conductivitat
    tèrmica i conductivitat elèctrica molt baixa, són
    durs i poc dúctils, amb temperatures de fusió
    molt elevades i 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 cristallí
  • Vitroceràmiques vidre que ha perdut lestat
    amorf mitjançant un procediment de
    cristallització controlada. Coeficient de
    dilatació molt baix, aplicacions que requereixen
    altes temperatures bescanviadors de calor,
    plaques de cocció de cuina
  • Argiles silicats dalumini hidratats. Sanitaris
    i vaixelles, maons i rajoles.
  • Refractaris òxids metàllics. Resisteixen
    latac 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 daltres materials més tous.
  • Ciments Silicats de calci en forma de pols fina
    que en mesclar-la amb aigua formen una pasta que
    sendureix amb el temps a temperatura ambient.
    Mesclat amb sorra o grava dóna el formigó.
  • Ceràmiques avançades carburs, nitrurs, borurs i
    òxids. Excellents propietats mecàniques i
    físiques a temperatures elevades pel que sempren
    en aplicacions que requereixen desgast a altes
    temperatures com els motors dautomoció i
    turbines, eines de tall per al mecanitzat de
    metalls,

26
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 laplicació
    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 Mundial i
    consistien en una matriu plàstica (polímer) i un
    reforç en forma de fibra de vidre o carboni.
  • Com són materials molt lleugers i resistents
    sempren en xassissos i carrosseries de cotxes,
    motos i avions (parts de lestructura de lAirbus
    A310 són fabricades de compòsits), es fan servir
    en la construcció dedificis perquè poden
    competir amb el formigó i lacer.

28
3. NOUS MATERIALS
  • La síntesi de nous materials, a causa de
    lesgotament dels recursos naturals i laparició
    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 shan 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.
  • Sestà a punt per dissenyar i construir materials
    fets a mida per necessitats específiques és la
    revolució de la Ciència de Materials.

Els nous materials són 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 dús
quotidià dimportància vital.Els àtoms de
carboni estan units formant xarxes cristallines.
Segons lestructura cristallina en què
sordenen els àtoms de carboni, tenim diferents
materials.
DIAMANT
GRAFIT
Àtoms cristallitzen en làmines que se separen
fàcilment
Presenta una estructura cristallina del sistema
cúbic
30
LA FIBRA DE CARBONI
  • La fibra de carboni és un material format per
    fils de carboni trenats, és duna resistència
    tres cops superior a la de lacer i la seva
    densitat és 4,5 vegades menor, pel que la
    converteix en un material molt resistent i
    lleuger. A més quasi no saltera per la corrosió
    ni el foc
  • La indústria del carboni té múltiples
    aplicacions lesport, laeronàutica, la
    indústria aeroespacial, els transports, la
    medicina i la construcció.

LAirbus A380, lavió 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 lalumini i més
resistents que el titani, pel què resulten més
adients pels grans esforços que han de suportar
les ales daquesta 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) dàtoms de carboni. Els
    àtoms sadhereixen quan es formen cristalls que
    se situen els uns sobre els altres parallels a
    leix de la fibra.
  • Lalineació 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 davions, 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
  • Lany 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 laigua 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 sestà 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
    lamplada 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, sestudia 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 dalta
    velocitat levitats (Maglev, Shangai)

34
  • Biomaterials capaços de reemplaçar la funció
    dorgans 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 duna altra
    manera, però van molt més enllà estan obrint les
    portes a objectes i a processos de producció
    innovadors, més especialitzats i 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
    lenginyeria
  • mecànica de precisió, lelectrònica, el
    control automàtic i els sistemes de
    disseny de productes i processos.
  • Els microscopis nanotecnològics
  • El microscopi defecte túnel (STM)
  • El microscopi de força atòmica (AFM)
  • La nanotecnologia fulerens i nanotubs

36
La tecnologia làser
  • Light Amplification by Stimulated Emision of
    Radiation El raig
  • làser sobté en aplicar un descàrrega
    elèctrica en un tub
  • amb gas. La descàrrega provoca que els
    electrons emetin fotons, que xoquen amb daltres
    electrons i semeten més fotons.

Aplicacions reproductors de CDs i DVDs,
impresores, lectors de codis de barres, sistemes
descanejat, 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 defecte túnel
  • Fou dissenyat per primer cop als laboratoris
    dIBM a Zurich i el 1986 van guanyar el Premi
    Nobel de física per aquest invent.
  • Dóna una imatge indirecta de lobjecte una
    agulla recorre la superfície a estudiar a una
    distància fixa. Lajust vertical respecte la
    superfície per escanejar es controla per lefecte
    túnel.
  • Corrent de transmissió entre la superfície i
    lagulla encara que no hagi contacte. La
    potència del corrent està lligada a la distància
    i això fa possible mantenir una distància fixa
    duns 10-7 cm (2 àtoms).
  • Lextrem de lagulla 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? Lestudi 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? Lestudi, el disseny,
    la creació, la síntesi, la manipulació i
    laplicació de materials, aparells i sistemes
    funcionals a través del control de la matèria a
    nanoescala i lexplotació 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 dun metre
  • (Full de paper uns 100 000
    nm
  • Quèquicom
    Nanotecnologiael 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.
  • Nous paradigmes, noves eines, noves propietats i
    aplicacions, nous productes i tècniques
  • La nanotecnologia és multi i interdisciplinar
  • Física Enginyeria
  • Química Ciència de materials
  • Biologia

41
La nanotecnologia és multidisciplinar
42
Richard Feynman (Nobel de física 1965)
Any 1959 !
43
Què hi ha dinteressant en la nanoescala?
  • Partícules a escala nanomètrica tenen propietats
    diferents de les partícules més grans de la
    mateixa substància
  • Estudiant els fenòmens daquesta 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, lenergia 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 sestudien a química
  • La física de la matèria condensada tracta amb
    sòlids normalment considerant xarxes infinites
    dàtoms 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 làrea 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.
  • Saltera lestructura de bandes i apareixen
    nivells denergia dominants
  • La temperatura a la què els àtoms, ions o
    molècules duna 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 lor varia segons la dimensió
de les partícules
  • El punt de fusió depèn
  • de la mida de les partícules
  • Lor com a substrat sòlid és groc,
  • però les nanopartícules dor
  • són de diferents colors segons
  • els seu diàmetre

48
Nanocompostos de carboni fullerens i nanotubs
  • El carboni és 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.
  • Fullerè nanoestructura formada de 60 àtoms de
    carboni amb una forma semblant a licosaedre
    (C60).
  • Els fullerens en forma de nanobaló van deixar
    pas als fullerens 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 lestructura
    esdevenen conductors o semiconductors depenent
    com senrotlli 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 dun extrem a un altre sense pèrdues
    energètiques.

Els nanotubs han estat un gran avenç tecnològic,
i obre unes possibilitats a lelectrònica que
ara mateix ja estan revolucionant la nostra
vida quotidiana
La nanociència ha obert les portes a la
nanotecnologia i el futur és a labast de la mà
51
  • Objectiu final manipular àtoms individualment
    per tal de situar-los en el lloc que correspongui
    fins a fabricar un material o un objecte.
  • Obre les possibilitats de les màquines a un món
    que pensàvem que no era possible. Ara som a punt
    de poder fabricar màquines capaces de dipositar
    àtoms dun element particular just en el lloc
    adient perquè, juntament amb altres àtoms, acabin
    formant una màquina de mida microscòpica.
  • Podem dissenyar materials nous amb unes
    condicions excepcionals des de la primera
    molècula, amb la seguretat que el comportament
    global de lobjecte serà el que volíem.
  • Podem dissenyar un material adequat per a un
    funció específica, i només per aquesta funció,
    que es comportarà duna manera determinada tan
    sols en una situació determinada.

Engranatge de nanotubs de Carboni de baixa
fricció
http//nanoengineer1.com/content/
52
  • Aquesta revolució tecnològica trindrà defensors i
    detractors, però és imparable.
  • Les transformacions de què parlem són
  • Productes nous i sistemes de producció nous
  • Millora de la producció gràcies a labaratiment
    i la rapidesa de la
  • producció de prototips
  • Afecta totes les indústries (modifica la manera
    de produir en tots
  • els àmbits)
  • Matèries primeres molt barates (minimització
    dels costos de
  • producció)
  • Limpacte no coneix fronteres, és una
    transformació global

53
Algunes aplicacions
54
Memòries més denses (DVDs amb milions de
películes..)
  • Els CDs i DVDs tenen escales dels bits
    dinformació en micròmetres
  • Nous medis nano per emmagatzemar informació
    tenen una escala de nanòmetres
  • Això implica 1000 vegades més capacitat en cada
    direcció (longitud, amplada) .

. o 1000000 de vegades més gran que els actuals
sistemes
55
Innovació en materials diversos http//www.upc.edu
/enclauupc/les-nanofibres
  • Teixits resistents a taques (hidròfobs)
  • Nanofibres que creen un coixí daire al voltant
    de les fibres, actuen com la pell del préssec

Nano-Care fabrics with water, cranberry juice,
vegetable oil, and mustard after 30 minutes
(left) and wiped off with wet paper towel (right)
Teixits que no es taquen Els líquids rellisquen
56
  • Recobriments
  • Repel.lents de laigua i la brutícia

Mercedes covered with tougher, shinier nanopaint
57
  • Nanopartícules/nanotubs en molts productes i
    aplicacions

Nanomaterials per a la construcció material
esportiu (raquetes, pilotes de tennis), productes
de cosmètica, etc.
58
Nanomedicina Diagnosi/tractament
  • Nanopartícules
  • Quantum dots que emeten llum si sexposen a llum
    UV
  • Injected in mice, collect in tumors
  • Could locate as few as 10 to 100 cancer cells

Quantum Dots Nanometer-sized crystals that
contain free electrons and emit photons when
submitted to UV light
Early tumor detection, studied in mice
Sources http//vortex.tn.tudelft.nl/grkouwen/qdot
site.html http//www.whitaker.org/news/nie2.html
59
APLICACIONS AL NOSTRE VOLTANT
primeres passes cap al futur
  • ELÈCTRIQUES
  • Bateries i condensadors ultrafins (nanotubs en
    paper)
  • LEDs que substitueixen les
    bombetes perquè duren més i són
  • duna eficiència energètica més alta.
  • ELECTRÒNIQUES I INFORMÀTIQUES
  • Nanoxips minituarització dels xips
    microprocessadors amb fiabilitat i augment de
    lemmagatzematge dinformació
  • Recerca en la construcció dordinadors quàntics
    (espí) molt més ràpids processadors més ràpids,
    nanotelèfons, nanomicròfons, Internet a
    altíssimes velocitats.
  • MEDICINA I FARMÀCIA sinvestiga en sobre els
    fullerens que contenen medicaments al seu
    interior. Revolució en els tractaments mèdics i
    en la gestió de malalties.
  • Reparació de teixits amb la construcció
    destructures autoreparables
  • i materials substitutius dels teixits orgànics.
  • INDÚSTRIA TÈXTIL teixits amb fibres de nanotubs
    i altres materials nanomètrics, que impedeixen
    que les gotes de líquid arribin a mullar el
    teixit i eviten les taques.
  • Tapisseries de cotxes (materials retardans del
    foc)

60
  • CONSTRUCCIÓ
  • Recobriments per protegir les parets de la
    pintura indesitjada.
  • Vidres fotocròmics canvien de color segons la
    llum
  • que hi incideix, disminuint la temperatura de
    lhabitació i reflectint intelligentment la llum
    i evitant els raigs UV i IR.
  • Ceràmiques per fabricar sanitaris que
    repelleixen els líquids, no es taquen ni creixen
    bacteris.
  • Materials molt més resistents i lleugers degut
    al tractament de lacer i el formigó.
  • ENERGÈTIQUES
  • La combustió i l'electròlisi poden millorar-se
    energèticament si s'utilitzen catalitzadors amb
    nanopartícules de metall suposant un cost i una
    contaminació més baixos

61
  • La situació actual de la nanotecnologia és molt
    complicada.
  • La major part dels esforços que es fan en el camp
    de la nanotecnologia se situa en lambit de la
    recerca científica i industrial, però en un
    futur no gaire llunyà es produirà una explosió de
    desenvolupament tecnològic difícil de preveure en
    lactualitat.

62
El futur?
Carbon nanotubes
63
WEBS Instituts i centres de recerca
  • IBEC Institut de Bioenbinyeria de Barcelona
    www.ibecbarcelona.eu
  • UPC Departament de Ciència dels Materials i
    Enginyeria Metallúrgica (CMEM)
    www.upc.edu/cmem
  • Institut Català de Nanotecnologia
    www.nanocat.org
  • Centre Nacional de Microelectrònica www.cnm.es
  • Institut de Ciències Fotòniques www.icfo.es
  • Institut de Ciència de Materials de Barcelona
    www.icmab.es
  • lInstitut dInvestigació Tèxtil i Cooperació
    Industrial (INTEXTER) http//www.upc.edu/int
    exter/intexter-1
  • Centre dInvestigació per a la innovació en
    Tecnologies electrònica i de Comunicacions
    (CIMITEC)
  • http//cimitec.uab.es/ http//www.youtube.com/
    watch?vK-PXT82UzvQ
  • Foment de les Arts i del Disseny (FAD) projecte
    Mater (centre de materials a disposició de
    fabricants i enginyers)
  • www.materfad.com

64
  • Altres webs interessants
  • http//www.upc.edu/enclauupc/ butlletí
    dinformació adreçat al professorat
    densenayament secundari (UPC)
  • http//www.uab.es/uabdivulga/ revista de
    divulgació científica de la UAB
  • http//www.uab.es You tube canal UAB videos
    de divulgació científica
  • http//www.edu3.cat/
  • http//www.tv3.cat/videos/
  • http//www.smartplanet.es/redesblog
  • http//www.nanowiki.org (anglès)
  • http//www.nanosense.org materials,
    experiències i tallers per a professorat de
    secundària (anglès)
  • http//www.flashwebmaster.com/portfolio/animation/
    video/meso-world_3d_micro_organism_particles.htm

65
Bibliografia
  • CCMC 1r Batxillerat Ed. Barcanova
  • CCMC 1r Batxillerat Ed. Casals
  • CCMC 1r Batxillerat Ed. McGraw
  • CCMC 1r Batxillerat Ed. Santillana
  • Ciencias para el mundo contemporáneo
    aproximaciones didácticas
  • Ed. Fundación española para la ciencia y la
    tecnologia, www.fecyt.es
  • Nanociencia y Nanotecnología. Entre la ciencia
    ficción del presente y la tecnología del futuro
    Unidat didàctica editada pel FECYT
  • La Nanotecnología, Innovaciones para el mundo del
    mañana
  • Editat per la Comissió Europea
  • Presentació La nanotecnologia una nova era
    per Nuria Barniol
  • dins de les VII Jornades dActualització
    Científica de la UAB 2009
About PowerShow.com