video de cristales liquidos

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Apuntes y aportaciones Unidad I

Unidad I.- Polimeros Avanzados

  1.3.- Polimeros conductores y fotonicos

 Los polímeros conductores, también llamados metales sintéticos, fueron descubiertos en 1974 y desde entonces han despertado gran interés y un rápido crecimiento en la electrónica de termoplásticos. La mayoría de polímeros orgánicos producidos son excelentes aisladores eléctricos. 

Los polímeros conductores, casi todos orgánicos, presentan enlaces deslocalizados (con frecuencia en un grupo aromático) que forman una estructura similar a la del silicio. Cuando se aplica una tensión entre las dos bandas, aumenta la conductividad eléctrica: son, pues, transistores. Casi todos los polímeros conductores son conocidos semiconductores gracias a su estructura en bandas, aunque algunos se comportan como metales conductores. 

La principal diferencia entre los polímeros conductores y semiconductores inorgánicos es la movilidad de los electrones, hasta hace poco, mucho menor en los polímeros conductores - un vacío que la ciencia sigue reduciendo. Además de su interés fundamental en la química, esta investigación ha dado lugar a muchas aplicaciones recientes, como los diodos emisores de luz, numerosas pantallas de vídeo, las nuevas marcaciones de los productos en los supermercados, el procesamiento de las películas fotográficas, etc. La conductividad, determinada por el método de las cuatro puntas, de un polímero neutro es baja (10-7-10-5 S.cm-1). Al ser oxidado la conductividad del material aumenta progresivamente hasta alcanzar 10-104 S.cm-1. Cuando en la literatura se habla de polímeros conductores, en realidad se trata de polímeros oxidados. La oxidación supone la generación de radical-cationes o dicationes a lo largo de la cadena polimérica (polarones ó bipolarones en la nomenclatura física).

 Propiedades La principal ventaja de los polímeros es su facilidad de producción. Los polímeros conductores están hechos de sencillos plásticos y, por tanto, combinan la flexibilidad, la resistencia, elasticidad de los elastómeros con la conductividad de un metal o de un polímero híbrido dopado.

Aplicaciones

 • Capas para circuitos electromagnéticos
 • Películas antiestáticas
 • Aparatos de identificación de radiofrecuencias

  Problemas

 • Baja solubilidad
• Baja rapidez de respuesta

  Ventajas

 • Procesamiento rápido y muy barato
 • Fácil y barata impresión
• No se necesita la instalación de un cuarto limpio
• Flexibilidad y elasticidad
• Posibilidad de hacer películas o cables.
• Baja densidad

  Polímero fotónicos.

 Son polímeros con propiedades ópticas no-lineales, esto es, que sus propiedades ópticas varían con la intensidad de la luz (el “vidrio” en contraste es lineal es sus propiedades ópticas) y tienen una variedad de usos tales como lentes de sol con fotorespuesta y procesamiento óptico y almacenamiento de datos de computadora (como en un CD-Rom y otros dispositivos). Polímeros con estructuras extendidas de electrones exhiben propiedades ópticas no lineales cuando los electrones son ópticamente excitados. 

 Los materiales fotónicos incluyen 6F-poliamidas y 4-metoxi-4’-nitrostilbeno conectados en fracciones mediante un espaciador de seis carbones. Los polímeros usados en discos ópticos de almacenamiento de datos deben tener una elevada transparencia, cero dispersión, baja absorción del agua y permeabilidad, baja birrefringencia, bajos esfuerzos, estabilidad térmica, tenaz y de superficie dura; características que deben ser moldeables con elevada exactitud hasta un rendimiento de procesamiento rápido. Polímeros acrílicos tienen unas buenas propiedades ópticas pero tienen un elevada absorción de agua. 

Los policarbonatos y las poliefinas amorfas transparentes tienen buenas propiedades ópticas, fácil moldeo y baja absorción de agua. Los experimentos llevados a cabo por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en la industria microelectrónica, han culminado con las siguiente invención: Dispositivo electroluminiscente y procedimiento de fabricación del mismo. 

La invención se refiere al campo de los dispositivos de emisión lumínica en campo lejano. Actualmente, al contrario que con los métodos de fabricación utilizados en la industria microelectrónica, costosos en cuanto a precio y tiempo, la micro/nanoestructuración empleando litografía con partículas coloidales se ha convertido en un método generalizado para producir estructuras periódicas bidimensionales (2D) con una gran variedad de topologías que podrían encontrar aplicación en muchos campos diferentes tales como biosensores o la microelectrónica. Por lo que respecta al campo de la fotónica, donde el objetivo es controlar la propagación y emisión de la luz, los sistemas periódicos 2D fabricados a partir de monocapas (MC) de esferas dieléctricas han sido investigadas a fondo en los últimos años. Su uso en forma de cristales fotónicos se ha explorado tanto teórica como experimentalmente, así como su uso potencial tanto como dispositivos para modificar la emisión de películas de nanocristales de semiconductor, asimismo su uso a modo de matrices de microlentes para mejorar la extracción de luz de diodos emisores de luz (LED), ha sido demostrada recientemente. 

 Recientemente, la combinación de sistemas fotónicos y plasmónicos se ha demostrado como un medio para obtener altas intensidades de campo electromagnético en regiones espaciales con dimensiones inferiores a la longitud de onda. En estos sistemas las pérdidas asociadas con los plasmones se evitan y las aplicaciones como guías de onda han sido presentadas. 

  1.4.- Polimeros autoorganizables 

 Los cristales liquidos son sistemas auto-organizables. No pasan directamente del estado cristalino al fundido isotropico, al calentar, sino que forman mesofases que combinan el orden del cristal perfecto con la movilidad del lquido. Su base molecular es casi siempre sencilla: forman moleculas anisotropicas o anlicas con una geometra rigida (unidad mesogenica) unida a otra parte flexible (espaciador), que empaquetan en bloques con propiedades anisotropicas (H. Ringsdorf, B. Schlarb and J. Venzmer, \Molecular Architecture and Function of Polymeric Oriented Systems. Models for the Study of Organization,Surface Recognition, and Dynamics of Biomembrane" Ang. Chem. Int. Ed. Engl. 1988, 27, pp 116).

 La orientacion paralela de su eje molecular longitudinal es comun a todas las mesofases. Dos clases principales pueden distinguirse: Nematicos (con sus centros moleculares distribuidos isotropicamente) y esmecticos (centros moleculares organizados en planos). La disposicion espacial de planos nematicos apilados en una superestructura helicoidal, caracterizada por una quiralidad preferente, se conoce como mesofase colesterica. Los colestericos reflejan la luz incidente y cuando su paso de helice es comparable a la longitud de onda de la luz visible, exhiben colores brillantes tropicos. 

 El desarrollo de los cristales liquidos polimericos siguio al de losmonomericos y comenzo con polímeros cuya cadena principal, como un todo, actuaba como mesogeno, tanto preparados a partir de solución (liotropicos) como a partir del fundido (termotropicos). Posteriormente, las unidades mesogenicas se introdujeron bien colgadas de la cadena principal a traves de un espaciador flexible (de cadena lateral) o unidas a lo largo de la cadena principal por un espaciador alifatico flexible (de cadena principal). 

  1.5.- Fullerenos, nanotubos, nanoalambres y nanocapsulas 

 Los fullerenos (a veces escrito fulerenos) son la tercera forma más estable del carbono, tras el diamante y el grafito. El primer fullereno se descubrió en 1985 y se han vuelto populares entre los químicos, tanto por su belleza estructural como por su versatilidad para la síntesis de nuevos compuestos, ya que se presentan en forma de balón de fútbol, esferas, elipsoides o cilindros. Los fullerenos esféricos reciben a menudo el nombre de buckyesferas y los cilíndricos el de buckytubos o nanotubos. Reciben este nombre de Buckminster Fuller, que empleó con éxito la cúpula geodésica en la arquitectura. 

  Propiedades 

 Desde su descubrimiento, las propiedades químicas y físicas de los fulerenos todavía continúan bajo un intenso estudio. Entre las propidades físicas más relevantes se encuentra el gap de energía entre el orbital ocupado de más alta energía (HOMO) y el orbital desocupado de menor energía (LUMO), cuya medida es ca. 1.7 eV 3 4 . 

La simetría del estado base del fulereno C60 corresponde al grupo puntual Ih. En esta simetría los orbitales HOMO y LUMO están cinco y tres veces degenerados, hu y t1u respectivamente. Debido a este hecho, transiciones electrónicas desde HOMO a LUMO están prohibidas por simetría. El fulereno C60 presenta 174 modos normales de vibración (3N - 6, donde N = 60 átomos de carbono) en la región del infrarrojo. No obstante, solo cuatromodos normales son activos: En el campo de la nanomedicina, el fulereno C60 se ha estudiado su potencial uso medicinal como fijador de antibióticos espécificos en su estructura para atacar bacterias resistentes y ciertas células cancerígenas, tales como el melanoma. 

 Los fullerenos no son muy reactivos debido a la estabilidad de los enlaces tipo grafito, y son también muy poco solubles en la mayoría de disolventes. Entre los disolventes comunes para los fullerenos se incluyen el tolueno y el disulfuro de carbono. Las disoluciones de buckminsterfullereno puro tienen un color púrpura intenso. El fullereno es la única forma alotrópica del carbono que puede ser disuelta. Los investigadores han podido aumentar su reactividad uniendo grupos activos a las superficies de los fullerenos. 

El buckminsterfullereno no presenta "superaromaticidad", es decir, los electrones de los anillos hexagonales Matemáticas de los fullerenos En términos matemáticos, la estructura de un fullereno es un poliedro convexo con caras pentagonales y hexagonales. Con ayuda de la fórmula de Euler: caras + Vértices - aristas = 2, además del hecho de que cada vértice en una estructura de fullereno pertenece exactamente a tres caras, se puede demostrar fácilmente que en un fullereno hay exactamente 12 pentágonos. El fullereno más pequeño es el C20, el dodecaedro. No existen fullerenos con 22 vértices. El número de fullerenos C2n diferentes crece de manera muy rápida al aumentar el valor de n; por ejemplo, hay 1.812 fullerenos C60, pero sólo uno de ellos, el buckminsterfullereno, no tiene pentágonos adyacentes.

Es conveniente saber que B. Fuller5 creó la fórmula matemática al aplicarlas a las estructuras arquitectónicas de su amigo el escultor Kenneth Snelsson, quien en los años 70 diseñó estructuras que consistían en barras metálicas rígidas y alambres de acero. Fuller creó el término "Tensegrity",para describir el tipo de estructuras de tensión interna estables que proyectara. 

  Nanotubo 

 En química, se denominan nanotubos a estructuras tubulares cuyo diámetro es del tamaño del nanómetro. Existen nanotubos de muchos materiales, tales como silicio o nitruro de boro pero, generalmente, el término se aplica a los nanotubos de carbono. Los nanotubos de carbono son una forma alotrópica del carbono, como el diamante, el grafito o los fulerenos. 

Su estructura puede considerarse procedente de una lámina de grafito enrolladas sobre sí misma. Dependiendo del grado de enrollamiento, y la manera como se conforma la lámina original, el resultado puede llevar a nanotubos de distinto diámetro y geometría interna. Estos tubos, conformados como si los extremos de un folio se uniesen por sus extremos formando un canuto, se denominan nanotubos monocapa o de pared simple. Existen, también, nanotubos cuya estructura se asemeja a la de una serie de tubos concéntricos, incluidos unos dentro de otros, a modo de muñecas matrioskas y, lógicamente, de diámetros crecientes desde el centro a la periferia. Estos son los nanotubos multicapa. Se conocen derivados en los que el tubo está cerrado por media esfera de fulereno, y otros que no están cerrados. 

 Están siendo estudiados activamente, como los fulerenos, por su interés fundamental para la química y por sus aplicaciones tecnológicas. Es, por ejemplo, el primer material conocido por la humanidad capaz, en teoría, de sustentar indefinidamente su propio peso suspendido sobre nuestro planeta. Teóricamente permitiría construir un ascensor espacial, debido a que para ello se necesita un material con una fuerza tensil de 100 GPa y se calcula que los nanotubos de carbono tienen una fuerza tensil de 200 GPa. Propiedades de los nanotubos Los nanotubos suelen presentar una elevada relación longitud/radio, ya que el radio suele ser inferior a un par de nanómetros y, sin embargo, la longitud puede llegar a ser incluso de 105 nm. Debido a esta característica se pueden considerar como unidimensionales. 

  Nanoalambres 

 Los nanoalambres son fibras cristalinas del una milesima del grosor de un cabello humano, y por sus propiedades inherentes, se espera que posibiliten nuevas arquitecturas de detectores de luz para aplicaciones de: sensores, creación de imágenes, almacenamiento de memoria, intrachips ópticos de comunicaciones y otras aplicaciones a nivel nanoescala de acuerdo con un nuevo estudio en el por salir número del journal Nano Letters. Los ingenieros de UCSD muestran porque las áreas de superficie grande, poco volumen y ondas cortas de nanoalambres, los hacen fotodetectores extremadamente sensibles, mucho más que fotodetectores más grandes de los mismos materiales. 

 "Estos resultados son alentadores y sugieren un futuro brillante para fotodetectores de nanoalambres, incluyendo fotodetectores de un solo fotón, fabricados con estructura de nanoalambres," dijó Deli Wang, profesor de ingeniería eléctrica y computación (ECE) de la Escuela Jacobs de Ingeniería de UCSD, y autor del artículo en el journal de Nano Letters. 

 Para que los nanoalambres funciones como fotodetectores, fotones de luz con suficiente energía deben impactar su superficie de tal manera que desplazen electrones de su hoyo cargados positivamente. Estos electrones deben permanecer libres de hoyos lo suficientemente para desplazarse por los nanoalambres y generar una corriente eléctrica bajo los efectos de un campo eléctrico aplicado --una señal segura de que se ha detectado una señal de luz. Esta nueva investigación demuestra que la geometría de los nanoalambres -con una grande relación área-volumen -- los hace inherentemente bueno para atrapar hoyos. Haces de vastas superficies de nanoalambres atrapan hoyos -- y cuando los hoyos son atrapados, el tiempo que se tardan los electrones y hoyos en recombinarse aumenta. Retrasando esta reunión de un electrón y un hoyo, incrementa el número de veces que el electrón viaja por el nanoalambre, lo cual a su vez dispara un incremento en la corriente y resulta en una "ganancia interna de fotoconducción."

  Nanocapsula 

 La mayor revolución industrial de todos los tiempos está sucediendo a una escala tan pequeña que pasa inadvertida para la mayoría de nosotros. La industria de la nanotecnología -la manipulación de la materia a escala del nanómetro, la millonésima parte de un milímetro- mueve actualmente más de 70 mil millones de dólares a escala global y los analistas predicen que llegará a un billón de dólares anuales en 2011.

Revolucionario vendaje medico utiliza nanotecnología para combatir la infeccion

Científicos de la Universidad de Bath y el equipo de quemaduras en Southwest UK Paediatric Burns Centre en el Hospital de Frenchay en Bristol están trabajando junto con equipos de toda Europa y Australia para crear un vendaje de herida avanzado. 

El vendaje trabajará liberando antibióticos desde nanocápsulas desencadenado por la presencia de bacterias patógenas que causan la enfermedad, el cual se centrará en el tratamiento antes de que la infección se apodere. El vendaje también cambiará de color cuando el antibiótico se libera, alertando a los profesionales de la salud que hay infección en la herida. 

 Muestra el vendaje cubierto con nanocápsulas que contienen antibióticos y tinte (en rojo) las cuales se rompen por toxinas (verde) producidas por bacterias que causan enfermedades (amarillo). Este es un paso importante en el tratamiento de pacientes con quemaduras, especialmente en niños, donde las infecciones pueden conducir al síndrome del shock tóxico, una afección potencialmente mortal. 

1.6.- Maquinas moleculares 

 Las máquinas moleculares son pequeños sistemas en los que una partícula se mueve a lo largo de un potencial. Generalmente las partículas, además de estar sujetas al potencial, también están sujetas a fuerzas externas. 

Por ejemplo: 

 • El ribosoma moviéndose a lo largo del ARN mensajero. 

 • La ARN-polimerasa moviéndose a lo largo del DNA. 

 • Myosina moviéndose a lo largo de filamentos de actina. 

 Las máquinas moleculares biológicas de la actualidad son sistemas altamente eficientes y muy complicados. Sin embargo, muy probablemente en el origen de la vida, cuando los procesos prebióticos y protobióticos apenas comenzaban a formar las primeras moléculas biológicas, las máquinas moleculares mencionadas anteriormente existían en formas primitivas mucho más simples de lo que son actualmente. 

 Pensemos por ejemplo en el ribosoma. Los ribosomas son macromoléculas con un alto grado de complejidad estructural que llevan a cabo funciones también muy complejas. Podría pensarse que esta complejidad es el resultado de millones de años de evolución. No obstante, ¿podríamos imaginarnos una versión primitiva de un ribosoma? ¿Cuáles serían sus propiedades? ¿Qué tanto podemos simplificar la estructura del ribosoma sin que pierda su funcionalidad? Una de mis líneas de investigación consiste en descubrir cómo se formaron las máquinas moleculares biológicas cuyo grado de complejidad actual es en verdad sorprendente, y que eventualmente hicieron posible la emergencia de la vida en la tierra.

Bibliografia 

[1] http://www.espatentes.com/pdf/2125817_a1.pdf 

[2] http://es.wikipedia.org/wiki/Fullereno

[3] http://es.wikipedia.org/wiki/Nanotubo 

[4] http://www.fis.unam.mx/~max/Spanish/spanish_003.htm 

[5] http://www.nanotecnologica.com/tag/nanocapsulas/

Aportaciones

http://www.icmm.csic.es/divulgacion/materiales.pdf

http://www.ingenieria.peru-v.com/documentos/Nanomateriales.pdf