LA NANO TEGNOLOGIA
La nano tecnología es una ciencia que estudia cosas increíblemente pequeñas pero súper poderosas. Lo que solemos conocer como pequeño, es grande, comparado con el nano mundo que estudia y utiliza esta tecnología moderna.Esta ciencia se crea a partir del momento en que se muestran las posibilidades de un desarrollo de nuevas tecnologías al miniaturizar mecanismos y procesos bajo la base de la teoría cuántica o de la teoría de lo muy pequeño.
En este momento, las revoluciones de la ciencia y la tecnología muestran como estos dispositivos que fabricamos pueden resolver problemas como el marcapasos, nano métricos alimentados con energía del mismo sistema nervioso o rutas de información en el cerebro con cables de dimensiones similares las telecomunicaciones cuentan con procesadores mucho más eficientes y pequeños gracias a los avances sobre el tema, por ejemplo los celulares y los portátiles entre otro todo esto indica si la nano tecnología todo esto invita a preguntarse si la nano tecnología a resuelto todo el problema por ejemplo los circuitos nano métricos actuales son trabajados con cilicio ¿de donde se extraera?
tarea
que componentes tienen silicio
III QUÍMICA DEL SILICIO
3.1 ESTRUCTURA QUÍMICA
Es un elemento semimetálico, el segundo elemento más común en la Tierra después del oxígeno. Su número atómico es 14 y pertenece al grupo 14 (o IVA) de la tabla periódica. Fue aislado por primera vez de sus compuestos en 1823 por el químico sueco Jöns Jakob barón de Berzelius.
Propiedades y estado natural
Se prepara en forma de polvo amorfo amarillo pardo o de cristales negros-grisáceos. Se obtiene calentando sílice, o dióxido de silicio (SiO2), con un agente reductor, como carbono o magnesio, en un horno eléctrico. El silicio cristalino tiene una dureza de 7, suficiente para rayar al vidrio, de dureza de 5 a 7. El silicio tiene un punto de fusión de 1.410 °C, un punto de ebullición de 2.355 °C y una densidad relativa de 2,33. Su masa atómica es 28,086.
El silicio se disuelve en ácido fluorhídrico formando el gas tetrafluoruro de silicio, SiF4 (véase Flúor), y es atacado por los ácidos nítrico, clorhídrico y sulfúrico, aunque el dióxido de silicio formado inhibe la reacción. También se disuelve en hidróxido de sodio, formando silicato de sodio y gas hidrógeno. A temperaturas ordinarias el silicio es insensible al aire, pero a temperaturas elevadas reacciona con el oxígeno formando una capa de sílice que ya no reacciona más. A altas temperaturas reacciona también con nitrógeno y cloro formando nitruro de silicio y cloruro de silicio respectivamente.
El silicio constituye un 28% de la corteza terrestre. No existe en estado libre elemental, sino que se encuentra en forma de dióxido de silicio y de silicatos complejos. Los minerales que contienen silicio constituyen cerca del 40% de todos los minerales comunes, incluyendo más del 90% de los minerales que forman rocas volcánicas. El mineral cuarzo, las variedades del cuarzo (cornalina, crisoprasa, ónice, pedernal y jaspe) y los minerales cristobalita y tridimita son las formas cristalinas del silicio existentes en la naturaleza. El dióxido de silicio es el componente principal de la arena. Los silicatos (en concreto los de aluminio, calcio y magnesio) son los componentes principales de las arcillas, el suelo y las rocas, en forma de feldespatos, anfiboles, piroxenos, micas y ceolitas, y de piedras semipreciosas como el olivino, granate, zircón, topacio y turmalina
3.2 SILICIO EN LA MEMORIA
En 1959, Richard Feynman predijo que todas las palabras escritas en la historia del mundo podrían ser contenidas en un cubo de material cuyo lado fuera una 2/100 parte de una pulgada, siempre y cuando dichas palabras estuviesen escritas con átomos. Poco más de 40 años después, científicos de la University of Wisconsin-Madison han creado una memoria a escala atómica utilizando átomos de silicio en vez de los 1s y 0s empleados por los ordenadores de hoy en día para almacenar datos.
Se trata de un paso corto pero crucial hacia una memoria a escala atómica práctica, donde los átomos representarán los bits de información que a su vez forman las palabras, imágenes y códigos leídos por los ordenadores.
El trabajo, encabezado por Franz Himpsel, es muy interesante. Aunque la memoria creada por él y sus colegas se encuentra en dos dimensiones, a diferencia del cubo pronosticado por Feynman, proporciona una densidad de almacenamiento un millón de veces mayor que la de un CD-ROM.
El átomo representa, de momento, el "muro" infranqueable de la miniaturización tecnológica. Parece un límite natural. Aunque divisible, es una unidad fundamental de la naturaleza. Son las partículas más pequeñas de un elemento químico: un único grano de arena, por ejemplo, puede contener 10 billones de átomos.
La nueva memoria fue construida sobre una superficie de silicio que automáticamente forma surcos dentro de los cuales se alinean filas de átomos de silicio, descansando como pelotas de tenis en un canalón. Utilizando un microscopio STM (scanning tunneling microscope), los científicos levantaron átomos individuales de silicio con su punta, creando espacios que representan los 0s del almacenamiento de datos, mientras que los átomos que permanecen en su lugar representan los 1s.
Como la memoria convencional, el dispositivo a escala atómica puede ser inicializado, formateado, escrito y leído a temperatura ambiental. Para su fabricación no se empleó litografía sino que se evaporó oro sobre una pastilla de silicio, proporcionando una estructura de pistas (surcos) muy precisa. Evaporando después silicio sobre la oblea tratada, se pueden difundir los átomos a lo largo de la estructura, donde se alinearán y permanecerán dentro de las pistas como los huevos en una huevera. Los átomos de silicio representarán los bits de información.
La alineación es tan precisa que permite su manipulación y extracción con el STM sin perturbar a los átomos que no deben tocarse (de lo contrario podrían formarse enlaces indeseados).
La tecnología requerirá aún años, sino décadas, para alcanzar el punto de madurez necesario para su uso práctico. Las manipulaciones con el STM en una situación de vacío son impedimentos que deberán resolverse.
La densidad de memoria alcanzada es comparable a la elegida por la naturaleza cuando almacena información en las moléculas de ADN. La memoria de silicio a escala atómica usa 20 átomos para almacenar un bit de datos. El ADN utiliza 23 átomos.
silicio
El silicio es el segundo elemento del planeta más abundante, el primero es el oxígeno. Pertenece a la familia de los carbonoideos en la tabla periódica. Tiene 14 electrones y 14 protones, pero en términos de interés, solo nos interesan los 4 electrones que dispone en su zona de valencia. Se presenta en la naturaleza de dos formas distintas, una amorfa y otra cristalizada. En su forma amorfa tiene un color marrón, en su variante cristalizada tiene forma de octaedros de color azul grisáceo. Es más activo en su forma amorfa que en su forma cristalizada.
Se utiliza para cerámicas, vidrios, esmaltados, semiconductor electrónico, ladrillos, y en general, para muchos tipos de aleación en la industria de la fundición. Otros usos derivados del silicio es para fabricar siliconas, materiales abrasivos, laser y material fertilizante. Como se puede observar, el silicio y sus derivados se utilizan para casí todo. Entendemos como derivado, el carburo de silicio, dióxido de silicio, etc.
El silicio se presenta en la naturaleza como arena, amatista, pedernal, jaspe, ágata, cuarzo, etc, esto en lo referente al óxido de silicio. Como un silicato lo encontraremos en el granito, arcilla, feldespato, entre otros.
Es resistente a los ácidos, pero reacciona bien con otros elementos, los alcalinos.
Para poderlo utilizar, hay que calentarlo en un horno eléctrico con temperaturas superiores a los 3000°C. Aunque su pureza por este método es del 99%, cuando se necesita utilizar en componentes electónicos y placas fotovoltáicas, se tiene que realizar otro proceso adicional, nos referimos a un tratamiento químico.
Actualmente la mayor utilidad del silicio 14, es en el campo de los semiconductores porque en el se dan las siguientes características:
1. La cristalinidad. Es un factor esencial, dependiendo de la cristalinidad se podrá ejecutar un método u otro para extraer y utilizar el elemento. La cristalinidad se refiere a la disposición que tienen los átomos en la estructura cristalina. El silicio se puede encontrar en tres estados cristalinos: monocristalino, policristalino y amorfo.
2. Absorción. Nos referimos al coeficiente de absorción que tienen los elementos sobre la luz, o mejor dicho, sobre unas longitudes de onda. Si un material dispone de un coeficiente pequeño significará que tiene poca absorción. Por esto, las células de silicio cristalino tienen un espesor considerable, porque su coeficiente no es elevado.
3. El coste. Por supuesto, tenemos que tener en cuenta este factor. Siempre estará extrechamente relacionado con la extracción del material, su manipulación, los métodos para purificarlo, etc.
Analicemos la estructura del silicio.
Estructura del silicio14. Propiedades semiconductoras
Como podemos observar en el dibujo, el átomo de silicio presenta un enlace covalente, esto quiere decir que cada átomo está unido a otros cuatro átomos y compartiendo sus electrones de valencia. Es así, porque de otra manera el silicio no tendría el equilibrio en la capa de valencia, necesita 8 electrones para su estabilidad. El enlace covalente lo forman todos los elementos del grupo IV de la tabla periódica, al cual pertenece el silicio.
Al aplicarle energía externa, ya sea de calor o de luz, se rompen los enlaces quedando un electrón libre por cada enlace roto, pero a su vez, se tiene un hueco vacío, el que ocupaba el electrón. De esta forma se obtiene corriente eléctrica, por el movimiento de los electrones hacía los potenciales positivos y del movimiento de los huecos hacía los potenciales negativos. Esto sucede así siempre que se utiliza al silicio como un semiconductor intrínseco.
Cuando queremos usar el silicio como semiconductor extrínseco, se colocan impurezas en el enlace covalente, lo cual hace que sea más fácil ganar o perder un electrón. El año 2009, está siendo el año de la Nanotecnología, veamos los principales avances:
Nanotubos y nanoagujas de Silicio.
nanotubos y nanoagujas
En la Universidad alemana Técnica de LLmenau, investigadores provenientes del Centro para la Micro y Nanotecnologia han creado una estructura que se aproxima a la forma del Velcro pero donde esta se distinguen porque posee silicio
Lo que se sucede en esta especie de química, es que al ser iluminado el silicio, la luz queda atrapada en la maraña de nanoagujas no teniendo escapatoria alguna lo de negro.
Es así que estos científicos-investigadores llegaron a la conclusión que dos superficies recubiertas con este material se adhieren entre si al presionarlas. Actualmente se están desarrollando para la industria biomédica y la microcirugía.
Bosques de nanotubos de carbono, dentro de obleas de silicio.
Nanobosque de carbono en oblea de silicio
Gracias a un grupo científicos-investigadores de la Universidad de Michigan, se ha logrado idear la manera en que arrays de nanotubos de carbono sean una eficaz base para dispositivos de almacenamiento energético de alta densidad y potentes sistemas de refrigeración en procesadores.
Estos sistemas, necesitan significativamente de una calidad y estructura precisa de mencionados arrays, es por eso que este equipo de científicos está diseñando minuciosamente la manera de desarrollar bosques de nanotubos de carbono de alta calidad.
El artículo fue publicado en la revista Technology Review, donde el profesor de ingeniería mecánica John Hart, de la Universidad de Michigan, nos muestra las imágenes que obtuvo tras hacer uso de un microscopio de electrones de barrido.
Los avances en el marco de la nanotecnología, están aplicándose al ámbito de la microcirugía, los microdispositivos IT y la Radio Frecuencia.
