Lo enano

 

    Llegados al 4º curso, los alumnos de Ingeniería Química tienen la posibilidad de elegir el estudio de la “Nanociencia y Nanotecnología Industrial” como asignatura optativa. Es la ciencia de los materiales a escala nanométrica, sus usos y la tecnología para su obtención y manejo. Un nuevo mundo. Ofrecen algunas plazas a los abueletes de la Universidad Millán Santos y allí me zambullí en el segundo cuatrimestre del curso 2019-20. ¿lo recordáis? 2020, el año del Covid, el del confinamiento desde marzo. Hicimos medio curso telemáticamente con clases en audio y video y presentaciones powerpoint. Casi una suerte para mí, pues con mi pobrísima base fisicoquímica e industrial solo obtenía algún provecho de las clases a partir del tercer visionado y eso no me lo habían permitido las clases presenciales de las primeras semanas. La profesora, María Luz Rodríguez Méndez, buenísima en este campo y una experta en allanar para todos la comprensión de lo más difícil, entendía mis limitaciones y se volcaba en mi ayuda. Así que aprendí muchas cosas y aproveché aquel año. Y aquí pongo a vuestro alcance algo de lo hice allí y que, por su generalidad creo que a todos puede aprovechar o entretener: son mi primer y mi último examencillos o trabajetes (el examen final no me atreví a encararlo y solo me enfrenté a los parcialillos), que, en su mayor parte, son más ilustrativos que científicos; la parte científica que incluyo es para que, leída de corrido, veáis que no todo era orégano en aquel monte. Los reproduzco enteros con su pregunta inicial y mi respuesta a continuación. Os pondré un poco en antecedentes: En biología, estamos familiarizados con la micra, la millonésima parte de un metro, que es la unidad con la que nos movemos a nivel celular o subcelular. Para manejarse a nivel atómico y molecular la unidad es el nanómetro, la milésima parte de una micra, la mil millonésima parte de un metro. Un cabello humano tiene un grosor de unas cien micras, un glóbulo rojo un diámetro de unas 7 micras, un virus 10 nanómetros y un átomo aproximadamente medio nanómetro. ¡Y ya se le puede fotografiar! El logo de IBM, en la figura está dibujado con átomos de xenón sobre una base de níquel.

Y llamamos nanomateriales -de los que se ocupa la nanociencia, la ciencia de lo minúsculo, y maneja la nanotecnología, su aplicación práctica- a aquellos en los que al menos una de sus dimensiones es inferior a cien nanómetros. Y ya hay infinitos materiales de esas dimensiones que se fabrican, se manipulan y se utilizan para mil aplicaciones que mañana, o casi esta tarde, serán millones. Hablamos de nanopartículas de pocas moléculas, nanotubos, capas monomoleculares como los grafenos, microesferas de 60 o 70 átomos o fullerenos... Y creo que esto basta como introducción para que os entretengáis con lo que hoy os presento. El primer examen explica en sus primeras partes algunas cosas útiles para universitarios de carreras científicas, y en la última muestra las aristas de la asignatura que yo no supe superar sin dejar bastantes pelos en la gatera. Así fue todo el curso, que terminé airoso, aunque bastante despelujado. El último examen, el sexto de la serie con el que me despedí de aquello, es más general y filosófico, más divulgativo y ameno, y creo que abrirá un poco el apetito de algunos para mirar otras cosillas en Google. Eso espero. Y que os guste.

 

CURSO 2019-20

NOMBRE Y APELLIDOS:           Vicente Pérez Díaz

Entrega 1: Semana 4 (miércoles 4 de Marzo antes de las 9.00h)

Recientemente, se ha publicado un review sobre Nanociencia

 Molecules 2020, 25(1), 112; https://doi.org/10.3390/molecules25010112:

1.       Buscar el artículo y descargarlo

2.       Entregar la respuesta a las siguientes cuestiones:

a.       ¿Qué entendemos por review?

b.       ¿Qué significa que una revista trabaje en la modalidad “Open Access”?

c.       ¿Qué significa DOI?

d.       En las Figuras 3 y 4, se exponen ejemplos de las propiedades de los nanomateriales. Explicar dichas imágenes.

3.       ¿Qué son los FET? Field Effect Transistor, transistores de efecto campo.

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1.-

2.-

2.a.- Review o revisión, se refiere a un artículo científico que revisa, actualiza y muchas veces reinterpreta, toda la información sobre un tema concreto o un aspecto concreto dentro de un tema. Siempre es una exhaustiva recopilación bibliográfica que aglutina toda la información hasta la última aparecida. Además de reunir la información, la reordena colocando los nuevos conocimientos en su lugar integrados con los previos. Y, además, en general, como los autores suelen ser especialistas dedicados al tema, las buenas revisiones no solo constituyen una puesta al día, sino que rehacen la interpretación conceptual del tema, integrando en un todo las últimas informaciones aparecidas con el nuevo significado que éstas dan a todos los conocimientos anteriores, proporcionando al conjunto una nueva visión diferente a la que tradicionalmente se tenía.

2.b.- Modalidad Open Access: En esta era digital, la consulta o descarga electrónica de los artículos de las revistas científicas siguen normalmente restringidas a socios o suscriptores, y el resto de los interesados deben pagar un precio por la descarga de cada contenido. Algunas revistas, sin embargo, ponen a disposición de todo el mundo gratuitamente todo su contenido sin restricciones y a ello se le llama trabajar en modalidad “Open Access”. Otras revistas permiten el acceso Open Access a los números antiguos con más de 5 o 10 años, etc., pero restringido a uso no lucrativo y con otras limitaciones. En otras muchas revistas, habitualmente restringidas a socios o suscriptores, hay artículos concretos que se abren a disposición de todo el mundo, bien por decisión editorial por su interés, etc. o bien porque la revista permite al autor que lo desee poner su trabajo en modo Open Access cobrando al autor una cantidad que compense a la revista.

2.c.- Doi Digital Object Identifier es un código alfanumérico que se asocia a unívocamente a cada contenido electrónico para identificarle permanentemente, es como el DNI de un contenido digital con el que lo podemos identificar y localizar en la red. Lo utilizamos para artículos científicos, revistas completas, libros, gráficos o fotografías, etc., pero probablemente su uso se extienda a otros contenidos, siempre digitales. Lo gestionan, organizan y mantienen diversas organizaciones internacionales (International Doi Foundation, Doi Registration Agency, Doi Organization, Corporation for National Research Initiatives) y otras agencias de registro (CrossRef, etc.) son las que proporcionan su código a los solicitantes para identificar sus contenidos y ponen a disposición de todo el mundo las herramientas para realizar esa identificación. El Doi sirve para localizar en la red el contenido asociado al mismo y sus datos generales de identificación, e incluso a veces el contenido completo, aunque muchas veces el acceso al contenido concreto puede estar restringido por otras condiciones como suscripción, pertenencia a una organización concreta, etc. La mayoría de los buscadores científicos (Pub-Med, …) o programas de gestión bibliográfica (Mendeley, …) posibilitan el acceso e incorporación de los datos de cada contenido digital aportando el código Doi.

2.d.- Esas figuras 3 y 4 representan respectivamente la Copa de Licurgo, de oro y cristal del siglo IV y unas vidrieras bajomedievales de una catedral gótica en la actual Alemania. En ambas, la tecnología actual ha descubierto que sus peculiares características cromáticas se deben a la presencia de nanopartículas de oro y plata disueltas en el cristal.

Persiste el misterio de cómo los artesanos que confeccionaron esos materiales consiguieron llegar a esos resultados, seguro que sin saber lo que estaban haciendo y sólo el efecto conseguido. En la Copa de Licurgo el cristal parece verde cuando se le miramos con luz reflejada, pero es rojo cuando la luz lo atraviesa. En 1990 se descubrió que este efecto se debe a la presencia en el cristal de nanopartículas de aleación de plata y oro en relación 7:3 de 50-100 nm con un fondo de cristal en que se dispersa un 10% de cobre. Las vidrieras bajomedievales se componen de cristalitos de distintos colores recortados y encajados como un puzle sostenido por un entramado de plomo. También muy recientemente se ha visto que sus colores se deben a nanopartículas de oro y de plata de diferentes tamaños y formas fundidas en el cristal. Así las partículas de oro de 25 nm reflejan luz roja, las de 50 nm verde y las de 100 nm ocre, y las de plata de 40 nm reflejan luz amarilla y las de 100 nm si son esféricas reflejan luz amarilla y si son prismáticas luz roja.

3.- FET Field Effect Transistor. En este campo patino lamentablemente. Olvidé ya los rudimentos que estudié en el bachillerato y ahora no entiendo ni el vocabulario. Como veo que el FET aparece mil y mil veces en sus clases, espero que al final termine de entender de qué se trata. Comienzo por reaprender que un transistor es un semiconductor y que un semiconductor (los más usados son el Silicio y el Germanio) es un elemento que se comporta como conductor o como aislante dependiendo de diversos factores, por ejemplo: el campo eléctrico o magnético, la presión y otros. Y así, el transistor, el corazón de los dispositivos electrónicos que nos rodean en los que regula el flujo de corriente y voltaje, es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. Pueden amplificar señales de entrada y actúan como interruptores en circuitos digitales, específicamente el transistor bipolar (BJT, Bipolar Junction Transistor), formado por una fina capa de tipo p (base) entre dos capas de tipo n (emisor y colector), diferentemente dopados con impurezas que modifican la conductividad. La interacción entre las corrientes que fluyen entre las tres zonas confiere sus características como interruptor o como amplificador. El transistor de efecto campo (Field-Effect Transistor) es una familia de transistores que usan el campo eléctrico para controlar la forma y, por lo tanto, la conductividad de un canal que transporta un solo tipo de portador de carga en un material semiconductor, por lo que, en contraposición al BJT transistor bipolar ya comentado, también suele ser conocido como transistor unipolar. Pueden plantearse como resistencias controladas por diferencia de potencial. Es un semiconductor que posee tres terminales, denominados puerta (gate), drenaje (drain) y fuente (source). La puerta es el terminal equivalente a la base del transistor bipolar, de cuyo funcionamiento se diferencia, ya que en el FET, el voltaje aplicado entre la puerta y la fuente controla la corriente que circula en el drenaje. Se dividen en dos tipos los de canal-n y los de canal-p, dependiendo del tipo de material del cual se compone el canal del dispositivo. Lo he dicho tan de corrido como si lo entendiera, pero no es así. Ni siquiera sé si he dicho todo lo fundamental. Seguro que iré avanzando en comprensión a medida que hablemos más de ello, lea más y vaya comprendiendo más lo que leo.

 Bibliografía utilizada: Pablo Alcalde San Miguel. Electrónica General. Paraninfo. Madrid. 2008. Allan R. Hambley. Electrónica. Pearson Prentice Hall. Madrid 2001. Gabor L. Hornyak et al Fundamentals of Nanotechnology. CRC Press. Boca Raton FL 2009. Wikipedia. Transistores FET y MOSFET, sin autor identificable, disponible en http://transistoresfetmosfetele12.blogspot.com/2012/04/transistores-fet.html

  

Entrega 6. Fecha de entrega: 20 de mayo 2020 9:14 horas.

Alumno: Vicente Pérez Díaz

Durante el curso se han descrito numerosos nanomateriales así  sus propiedades físicas y químicas. Además, se han presentado diferentes aplicaciones de distintos nanomateriales.

Con lo que ha aprendido en este curso, ¿Que piensa del futuro de la nanociencia?. Explique sus argumentos.

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Hacer predicciones es muy complicado, especialmente si son sobre el futuro.        (Niels Bohr)

    Habiendo solo sobrevolado este nuevo territorio de la nanociencia, y sin haber asimilado e integrado ni una millonésima parte de lo aprendido por falta de una base sólida que me permitiera más que vislumbrarlo, cuento más mi experiencia que mis previsiones.

    Desde mi historia personal, pienso que lo que espera a la nanociencia es comparable a lo sucedido con los plásticos en los últimos 100 años, o con los desarrollos del láser. O el de la electrónica, en la que he visto lo sucedido solo con una de sus ramas desde que los vuelos espaciales impulsaron la utilidad de su miniaturización. Aquello hizo explotar mil nuevas posibilidades de aplicación antes impensadas, que abrieron la puerta a la explosión de la informática que a su vez ha catapultado otras tantas mil explosiones de usos científicos, de almacenamiento, difusión del conocimiento, comunicación… todavía en expansión como si estuviéramos en las primeras fases de un nuevo big bang. En todos esos campos lo impensable ha sustituido cada poco tiempo a las previsiones de futuro que se hacían desde cada escalón anterior. Es lo que James Burke llama el efecto carambola, the pinball effect, que teje una extraña red interaccionando unos descubrimientos con otros en cada momento particular para llevar la evolución de los hechos a lugares insospechados.

    Otra experiencia de este curso: En mi educación se fueron acumulando desde la infancia, junto a conocimientos comprensibles de cómo era el mundo a mi alrededor en geografía, geología, biología, física y química, otros menos comprensibles que me fueron también mostrando un mundo paralelo, raro y estrafalario, que no tenía nada que ver con lo que veían mis ojos y experimentaba todos los días, pero en lo que a pesar de todo había que creer como si de la Santísima Trinidad se tratara, porque mis profesores me lo explicaban con el mismo aplomo y seguridad que la ley de la gravedad. Y es que muy sesudos científicos, nuestros nuevos semidioses, lo habían demostrado indiscutiblemente. Mucho más indiscutiblemente, insistían, de lo que nunca se podría hacer con la Santísima Trinidad, Y así se me intentaba explicar la teoría de la relatividad y otras cosas como la teoría atómica solo entendible con cierta abstrusa mecánica cuántica cuyas ramificaciones llevaban a conclusiones cada vez más estrambóticas. Teorías que vaya Dios a saber qué utilidad y aplicaciones podrían tener…

     Y de repente, ahora, casi al fin de mi historia, aparece ante mis ojos un mundo nuevo en forma de nuevas nanopartículas, nanotubos, grafenos fullerenos y mil y mil nuevos materiales que están saliendo del huevo y, sin tomar forma, sólo nos están anunciando su nueva naturaleza y sus nuevas propiedades y posibilidades que, de momento, solo nos hacen soñar en sus aplicaciones. Y resulta que, para mi sorpresa, todas aquellas estrafalarias teorías que parecían estar colgadas del aire, dan vida y explican el funcionamiento, las posibilidades y el extraño comportamiento de los habitantes de este nuevo nanomundo de posibilidades infinitas.

     Y son tan infinitas que yo solo estoy deslumbrado y no soy capaz de poner orden en mis ideas. Todo me parece posible. Más todavía desde que he aprendido en estas clases de la existencia de microscopios que permiten no solo ver sino también interaccionar con esos nanomateriales, y que estos microscopios están también todavía en mantillas. Mi experiencia era la de los ya obsoletos microscopios electrónicos clásicos que creí habían encontrado su límite al superar por poco el nivel de las micras, y he aprendido aquí que han proseguido su avance hasta mucho más allá. ¿Qué esperará a los nuevos microscopios de nivel atómico? En ciencia, cada nuevo método que se desarrolla para ver, medir o hacer las cosas abre mil nuevas posibilidades y campos de conocimiento. Estamos solo al principio. Entre lo entrevisto hasta ahora tenemos partículas y otros nanomateriales de propiedades físicas y químicas con mil peculiaridades, nanoimanes, nanomotores, sistemas micromecánicos, microrobóticos, neurociencia, nanorecubrimientos con propiedades físicas, químicas, terapéuticas, letales… , nanoelectrónica, nanoóptica, sensores, nanoemisores, nanoreceptores, materiales que permiten la cicatrización de materiales, materiales que potencian la resistencia de otros materiales o su elasticidad o resistencia al calor, al frio, que modifican sus propiedades eléctricas hasta lo desconocido, adhesivos… Me doy por vencido. Necesitaría sumar la imaginación de Julio Verne a la de de Isaac Asimov para encontrar algo original en este nuevo mundo lleno de infinitas originalidades.

     Muchas gracias por haberme abierto la puerta de este nuevo mundo.