Los nanomateriales son materiales creados a partir de nanotecnología con propiedades únicas debido a su tamaño. Esta tecnología diseña y produce objetos o estructuras inferiores a 100 nanómetros, o 100 millonésimas de milímetro. Tales dimensiones cambian las propiedades físicas, químicas y biológicas del material en comparación con su contraparte a escala normal.
Los nanomateriales pueden ser partículas, tubos o fibras diseñados a nanoescala. Su particular tamaño les concede aplicaciones especiales en muchos campos como el de la salud, la electrónica, la cosmética, la informática, el textil o el de protección medioambiental. Pero sus propiedades no siempre están bien definidas, por lo que requieren una valoración de los riesgos que entraña su fabricación y uso.
Los nanomateriales implican la manipulación y el estudio de la materia a escala nanométrica. Los fenómenos a este nivel solo se pueden analizar mediante los principios fundamentales de la física. Por esta razón, los nanomateriales se estudian en el Grado en Física Madrid de la Universidad Europea. Estos mismos contenidos también se pueden encontrar tanto en su equivalente en Valencia, como en su versión online.
Los nanomateriales adoptan propiedades fisicoquímicas diferentes a cuando tienen tamaño micro o macro. Al reducirse a escala nanométrica, aumenta la superficie del material expuesto. Ello favorece más interacción entre átomos y moléculas, lo que genera atracciones y repulsiones. Estas, a su vez, provocan efectos superficiales, electrónicos y cuánticos que afectan al comportamiento óptico, eléctrico y magnético del material.
Estas particularidades hacen que con poca cantidad de nanomaterial se puedan modificar y mejorar mucho las propiedades de otros materiales. Un ejemplo son los polímeros fabricados con nanotubos de carbono, con una ligereza, resistencia mecánica y funcionalidad superior a la de un metal. Dependiendo de los tipos de nanotecnología empleada, los nanomateriales tienen propiedades particulares tanto físicas como químicas:
Propiedades físicas
Propiedades químicas
Existen nanomateriales de origen natural y fabricados artificialmente. Los primeros se pueden encontrar en la naturaleza debido a procesos geológicos, biológicos o químicos, como es el caso de las bacterias y los virus. Pero los nanomateriales se clasifican principalmente según sus dimensiones:
Los nanomateriales de dimensión 0 se consideran nanopartículas y todas sus dimensiones están dentro de la nanoescala. A este grupo pertenecen los fullerenos y los nanomateriales inorgánicos, compuestos por elementos químicos que no son carbono. Entre ellos se encuentran las nanopartículas de oro y plata, los nanohilos, los nanodiamantes o los puntos cuánticos, conocidos como cristales semiconductores.
Esta clasificación incluye los nanotubos y las nanofibras de carbono. Las últimas se aplican como aditivos, por ejemplo, en matrices de polímeros para mejorar sus propiedades. Pero también mejoran la conductividad eléctrica en adhesivos y pinturas, además de evitar la corrosión de los materiales que recubren.
Son materiales con una estructura en la que una dimensión es del orden de los nanómetros, mientras que las otras dos son más grandes. Es decir, son materiales muy delgados y extendidos en dos dimensiones, pero que tienen un grosor nanométrico. A este grupo pertenecen las nanopelículas y los nanorecubrimientos. También el grafeno, con gran potencial de aplicación en diferentes campos como el electrónico.
Se trata de materiales con dimensiones en el rango nanométrico en las tres direcciones del espacio. Esto los diferencia de los bidimensionales, que son planos y se extienden en dos dimensiones. En este grupo se incluyen los materiales nanoestructurados, las dispersiones de nanopartículas y las multicapas.
Muchas industrias usan nanomateriales. Por ejemplo, en la construcción se usan para mejorar la resistencia y la rigidez de productos. La nanomedicina, por su parte, los usa como transportadores de fármacos hasta los órganos. También se usa en el campo de la energía, de la química y de la electrónica. Asimismo, los sectores automovilístico y aeroespacial, cosmético y textil los incorporan en sus productos.
Los nanomateriales impulsan la innovación tecnológica gracias a su versatilidad y a su contribución a la sostenibilidad y eficiencia. Sirven, por ejemplo, al desarrollo de otros ámbitos científicos de vanguardia como la biología computacional. El estudio de sus características es esencial para encontrar soluciones a los desafíos actuales y futuros en diversos campos.