PRÓLOGO

RESUMEN

1. LAS NANOTECNOLOGÍAS ¿QUÉ SON?

2. LA IMPORTANCIA DE LAS NANOTECNOLOGÍAS. El caso de los materiales.
2.1. Las modificaciones de las propiedades de los materiales
2.2. La fabricación de los materiales en escala micro y nanométrica. El caso de la microelectrónica y de las tecnologías de la información.
2.3. Nanotecnologías y materiales: algunas conclusiones

3. LA PRODUCCIÓN DE NANOESTRUCTURAS
3.1 Aspectos generales: distintas alternativas
3.2. Técnicas "bottom up" o de síntesis de materiales nanoestructurados.
3.2.1. Procesos en fase líquida
3.2.2. Procesos en fase vapor
3.2.3. Síntesis desde la fase sólida
3.2.4. Nuevas técnicas en fase de experimentación

4. INSTRUMENTACIÓN PARA LAS NANOTECNOLOGÍAS
4.1. El microscopio de fuerza atómica
4.2. El microscopio de efecto túnel

5. LOS CAMPOS DE APLICACIÓN
5.1. Premisas
5.2. Los materiales
5.2.1. Polvos y piezas consolidadas
5.2.2. Materiales nanoestructurados y nanocompuestos a base de carbono
5.2.3. Nanocompuestos poliméricos
5.2.4. Capas delgadas
5.3. Sensores
5.4. Catalizadores
5.5. Empleo en sectores específicos
5.5.1. Microelectrónica y tecnologías de la información
5.5.2. Industria automotriz
5.5.3. Energía y ambiente
5.5.4. Ciencias de la vida y la salud, y asistencia a las personas
discapacitadas
5.5.5. Otros sectores
5.6. Las aplicaciones presentes en los mercados o cercanas a su comercialización

6. NANOTECNOLOGÍAS Y DESARROLLO INDUSTRIAL
6.1. Las nanotecnologías como sector industrial
6.1.1. La oferta
6.1.2. La demanda
6.1.3. La instrumentación científica
6.2. Factores que condicionan el desarrollo industrial de las
nanotecnologías
6.2.1. El contexto sociocultural y económico
6.2.2. Factores técnico - económicos: las tecnologías de proceso y el desarrollo de los mercados
6.3. Investigación y desarrollo industrial. La cooperación empresa /sistema científico como factor de éxito
6.4. Un caso de integración entre competencias universitarias y servicios a las empresas en el campo de las nanotecnologías: El Centro de Desarrollo de Materiales Nanoestructurados de la Provincia de Bergamo, Italia

7. NANOTECNOLOGÍAS Y MATERIALES EN ARGENTINA
7.1. Las tecnologías avanzadas y la situación actual
7.2. Las nanotecnologías y el sector de ciencia y tecnología argentino
7.3. Instituciones y universidades donde se trabaja en nanotecnologías

8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y SITIOS INTERNET DE INTERÉS

2. Implicancia de las nanotecnologías
Las nanotecnologías se presentan hoy como un salto innovativo radical, que incidirá transversalmente sobre todos los sectores de la economía. El efecto invasivo, de amplia difusión, de las nanotecnologías, es debido, en gran medida, a los cambios sustanciales que están provocando en el campo de los materiales utilizados en todos los sectores manufactureros y de servicios, condicionando muchas veces su desarrollo. Por medio de estas tecnologías se pueden modificar las propiedades de los materiales conocidos mucho más radicalmente de lo conseguido hasta ahora, así como crear materiales enteramente nuevos. Por otra parte, las nanotecnologías permiten el trabajado de los materiales a una escala mucho más reducida que la actual manufactura de los microprocesadores.
La capacidad de actuar sobre la estructura de los materiales a escala nanométrica producirá efectos de gran alcance sobre todos los sectores de la economía, incluido el de la microelectrónica y las tecnologías de la información. Todo parece indicar que estamos hoy en las etapas iniciales de una onda expansiva equivalente a la iniciada en los primeros años de la década del 70 en correlación con la introducción de los microprocesadores.
En los principales países industrializados se están llevando a cabo ingentes inversiones, públicas y privadas, en la investigación en este campo; al mismo tiempo están emergiendo numerosas iniciativas industriales, a menudo de empresas de dimensiones pequeñas y medianas, que se presentan en el mercado como proveedores de materiales nanoestructurados, instrumentación y servicios científico-tecnológicos conexos. Si bien desde hace tiempo hay técnicas que permiten actuar a nivel nanoestructural en algunos sectores muy especiales, el gran desarrollo en los campos de la biología molecular y las biotecnologías a partir de los años 80 ha motorizado su expansión hacia todo tipo de materiales - metálicos, no metálicos, plásticos y compuestos - y, a través de ellos, hacia los más diversos campos científicos, tecnológicos e industriales. Sin ignorar las vastas implicaciones de las nanotecnologías en campos tan importantes como la biología, la medicina y la farmacología, este trabajo se concentrará especialmente en el campo de los materiales y sus aplicaciones en distintos sectores productivos.

3. La producción de estructuras en escala nanométrica
En el conjunto de procesos de producción de materiales nanoestructurados se pueden distinguir dos enfoques, uno denominado en inglés "top down" , en el cual las nanoestructuras se "esculpen" sobre un bloque de material, y otro llamado "bottom up" , donde los materiales nanoestructurados se obtienen a partir de nanopartículas. Las técnicas "top down" presentan analogías con las actuales técnicas litográficas de producción de microprocesadores electrónicos y su principal campo de aplicación será en la electrónica y las tecnologías de la información y las comunicaciones. Por su parte, las técnicas "bottom up" se basan en procesos similares a aquellos frecuentemente utilizados en la tecnología de materiales y pueden dar lugar a polvos, objetos compactos o capas delgadas, con propiedades profundamente cambiadas con respecto a las de los mismos materiales obtenidos por tecnologías convencionales.

4. Aplicaciones
Las aplicaciones de los materiales nanoestructurados y de las nanotecnologías para producirlos se están desarrollando muy rápidamente y un simple listado de un número inevitablemente limitado de aplicaciones sólo puede dar una idea reducida de sus potencialidades. Algunas de ellas, ya presentes en los mercados o cerca de su comercialización, se indican a continuación:
- Sensores de gases destinados a detectar la presencia de gases nocivos en ambientes cerrados o abiertos, o aromas que caracterizan la calidad de bebidas y productos alimenticios ("nariz electrónica").
- Sistemas fotovoltaicos de alta eficiencia para la conversión de la energía solar;
- Nuevos materiales con una elevada relación resistencia/ masa para aplicaciones aeroespaciales, biomédicas y en medios de transporte.
- Embalajes de productos alimenticios con mejores características de barrera a la penetración de gases y capacidad para indicar el estado de conservación.
- Técnicas diagnósticas basadas en el sistema denominado "lab-on-a-chip", para la realización de análisis clínicos y genéticos con mínimas cantidades de muestra y en tiempo real.
- Cosméticos, en especial para la protección contra la radiación solar.
- Materiales para la filtración y catálisis de hidrocarburos y otras sustancias.
- Revestimientos superficiales con resistencia a la corrosión, al rayado y al desgaste notablemente mejorada.
- Herramientas de corte de altísima tenacidad y fragilidad reducida.
- Pantallas de video más livianas y funcionales basadas sobre la electrónica de polímeros.
- Nuevas prótesis e implantes para colocación in vivo.
- Técnicas de trabajado de piezas para micromecánica y microelectrónica en escala de 100 nm.

5. Posible desarrollo industrial.
En los países más desarrollados tecnológicamente se puede reconocer un sector embrionario de las nanotecnologías del cual comienzan a perfilarse las características de la oferta y la demanda, incluidas las de instrumentación científica de proceso y control.
- La oferta de materiales y sistemas nanoestructurados (por ejemplo polvos, materiales, dispositivos, con los necesarios servicios de asistencia técnica para su ulterior trabajado y utilización final) está en gran medida concentrada en pequeñas empresas de reciente formación nacidas, en su mayoría, de las universidades o entes de investigación. Las grandes empresas, muchas de las cuales llevan a cabo trabajos de investigación y desarrollo sobre las nanotecnologías, parecen por el momento orientadas a integrarlas en sus productos finales, sin contribuir aún significativamente a la oferta directa de materiales y sistemas nanoestructurados.
- La demanda ya es significativa y devendrá rápidamente muy elevada. Los utilizadores actuales o potenciales de estos productos y servicios, reales o potenciales, pueden ser empresas industriales de servicios, pequeñas o grandes, así como grandes organismos públicos (salud, transporte, administración pública).
Sin embargo, el mercado existirá en la medida en la cual los productores tengan capacidad de desarrollar los usos en estrecha colaboración con los utilizadores. Estos últimos, a su vez, podrán beneficiarse de los efectos que estos productos podrán tener sobre su competitividad, en la medida en que sean capaces de definir mejor sus exigencias y las modalidades para satisfacerlas, en estrecha colaboración con los productores.
- La instrumentación científica juega un papel fundamental, sea porque hace posible el progreso en los más variados campos de la innovación, sea como sector de empleo de productos y servicios basados en las nanotecnologías. En la actualidad operan en el sector de la instrumentación divisiones de grandes grupos industriales así como empresas independientes de dimensiones medias y pequeñas, proponiendo al mercado una variedad muy amplia de productos. También la demanda es muy variada y por lo tanto presenta notables espacios para nuevas iniciativas empresarias.
Entre los diversos factores que condicionan el desarrollo industrial de las nanotecnologías se deben considerar, en primer lugar, los costos, actualmente muy elevados. Para reducirlos parece necesario actuar de manera integrada según dos directrices principales: a) la investigación sobre procesos (simplificación de las tecnologías y de los métodos de control, así como el logro de economías de escala) y b) la difusión amplia de los materiales nanoestructurados y de las soluciones tecnológicas basadas en las nanotecnologías que contribuyan a las economías de escala. Serán pues necesarias acciones eficaces de promoción y de asistencia a los utilizadores potenciales en el diseño, en las etapas intermedias y finales de la fabricación, en los controles, ensayos, etcétera.
Las nuevas empresas calificadas tecnológicamente que nacen en el ámbito de universidades y entes de investigación pueden dar una contribución de gran valor a la difusión de las nanotecnologías y de la instrumentación relacionada con ellas. En cualquier caso, la empresa que opere o que quiera consolidarse como productora o utilizadora de soluciones nanotecnológicas, cualquiera sea su dimensión, deberá contar con el apoyo de universidades y entes científicos comprometidos en investigación y desarrollo avanzado.

6. Las nanotecnologías en la Argentina
La industria manufacturera local viene sufriendo un fuerte impacto recesivo en los últimos años, al tiempo que recibe la presión de la innovación y la necesidad de incorporar tecnologías avanzadas a sus proceso productivos para poder competir más eficazmente en los mercados nacionales, regionales e internacionales. Uno de los efectos de esta situación es la pérdida de competitividad, así como el retraso en adaptar o desarrollar tecnologías avanzadas.
La pregunta es, entonces: ¿porqué las nanotecnologías?. Porque se trata de un campo del desarrollo tecnológico que se avizora de igual o quizás mayor importancia que la revolución microtecnológica de los años 80 y 90, porque se está desenvolviendo con gran dinamismo, y porque involucra a una gran variedad de sectores productivos y en particular modo al de materiales: metales y aleaciones, cerámicas y vidrios, plásticos y materiales compuestos.
Por otra parte, existen capacidades en recursos humanos e instrumental en el sistema científico-tecnológico argentino que pueden aprovechar para ayudar a las empresas a resolver las necesidades apuntadas, actualizar sus procesos productivos o bien ampliar su gama de productos, incorporando nanotecnologías apropiadas. Esta situación representa también un desafío para el sector de C y T, que puede vincularse a las empresas a través de los diversos mecanismos existentes. Aun en las presentes circunstancias de recortes presupuestarios y dificultades de obtención de financiación, es posible llevar a cabo acciones que vayan preparando las bases para un importante desarrollo futuro del sector.
Para contribuir a esta tarea se incluye una guía de los principales centros y universidades que llevan a cabo I +D en nanotecnologías en este momento en nuestro país.

1- LAS NANOTECNOLOGIAS: ¿QUE SON? Las nanotecnologías son tecnologías que permiten la manipulación de la estructura de la materia en pequeñísima escala, del orden de los nanómetros (un nanómetro, nm = un milmillonésimo de metro = un millonésimo de mm = un milésimo de micrómetro), permitiendo así la obtención de materiales y estructuras con características diferentes de aquellos utilizados corrientemente. En la figura 1 se representa esquemáticamente una comparación entre "nanomundo" y "macromundo". Figura 1. Comparación esquemática de las distintas escalas dimensionales.

Menos de un nanómetro: el diámetro de un átomo aislado es de algunas décimas de nanómetro.
Nanómetro: diez átomos de hidrógeno puestos en filaocupan alrededor de un nanómetro. La molécula de DNA mide aproximadamente 2,5 nanómetros.
Miles de nanómetros: los globulos rojos y células similares tienen un diámetro de aproximadamente mil nanómetros.
Un millón de nanómetros: el punto sobre el dedo equivale a alrededor de un millón de nanómetros.
Miles de millones de nanómetros: un hombre de dos metros de altura mide dos mil millones de nanómetros.

Las nanotecnologías, por lo tanto, se refieren a la materia en una escala dimensional que involucra de algunas decenas a algunos miles de átomos; las estructuras de estas dimensiones se denominan habitualmente nanoestructuras.
La finalidad de este trabajo es suministrar informaciones útiles para la evaluación de la oportunidad, de la factibilidad y de la conveniencia de la adopción de soluciones basadas en nanotecnologías, tanto en las producciones actuales como en la diversificación de las mismas en sectores más dinámicos.
Si bien las ventajas prácticas que podrían derivar de la consideración de la materia en esta escala fueron ya intuidas en 1959 por el Premio Nobel de Física (1965) Richard Feynmann, el desarrollo de las nanotecnologías empieza en realidad a fines de la década del 80, con aplicaciones fundamentalmente en el campo de la biología molecular y de los materiales. El tiempo transcurrido para estimar los efectos en gran escala de un cambio innovativo de este tipo es ciertamente breve, pero ya aparece en forma evidente que nanotecnologías y nanoestructuras no son solamente un hecho científico de relevancia indiscutible. En las principales economías industrializadas se están realizando ingentes inversiones públicas y privadas en investigación nanotecnológica y en campos afines, buscando obtener ventajas competitivas a nivel internacional (ver capítulo 6). Al mismo tiempo están emergiendo numerosas iniciativas industriales, muchas de ellas de pequeñas y medianas empresas, que se presentan en el mercado como proveedores de materiales nanoestructurados, instrumentación, y servicios científico-tecnológicos relacionados. En el presente trabajo se tratará de ilustrar las implicancias directas e indirectas de las nanotecnologías en los diversos sectores de la economía.

2. LA IMPORTANCIA DE LAS NANOTECNOLOGÍAS. El caso de los materiales.

Actualmente la prospectiva para las nanotecnologías prevé aplicaciones en una amplia variedad de campos científicos y tecnológicos. Sin embargo, la amplitud de sus efectos es debida, en gran medida, a los cambios sustanciales que ellas están provocando en el campo de los materiales utilizados en todos los sectores manufactureros y de servicios, condicionando su desarrollo. En el parágrafo 6.1 se hará referencia a algunas aplicaciones específicas en el campo de los materiales, pero conviene anticipar aquí un análisis de las mismas para facilitar la comprensión de la importancia que estas tecnologías podrán tener en el futuro próximo. Por lo tanto, se dará un breve panorama de la historia del impacto socioeconómico de los materiales, poniendo sobre todo en evidencia la capacidad de manipularlos en escalas cada vez más pequeñas. Con esta finalidad se expondrá el ejemplo de las microtecnologías para el sector informático.
Para los materiales, la importancia de las nanotecnologías está dada por dos hechos. En primer lugar, permiten modificar las propiedades de los materiales conocidos mucho más radicalmente que lo conseguido en el pasado aún reciente (ver Cuadro 1). Ellas también permiten crear materiales completamente nuevos, diversos de aquellos obtenidos sin recurrir a manipulaciones en escala nanométrica. En segundo lugar, hacen posible el trabajado de extrema precisión de ciertos materiales a una escala mucho más pequeña de la utilizada actualmente, para los microprocesadores, con un incremento de las prestaciones y una reducción de costos, por ejemplo en el caso de los "microchips", que han contribuido a la difusión en vasta escala de las tecnologías de la información (ver 3.2), e igualmente los microsiste mas electromagnéticos y las micromáquinas de amplia aplicación en variados campos, desde la informática hasta la biología y la medicina.

2.1. Las modificaciones de las propiedades de los materiales

Los materiales, por ser indispensables para la realización de todos los objetos utilizados por la sociedad, han tenido en todas las épocas una elevada valorización social y económica, y su comportamiento ha constituido un límite casi insuperable a las posibilidades de realización inmediata. Por lo tanto, las tentativas de modificar sus propiedades para adaptarlas a las exigencias del momento no son por cierto un hecho nuevo: desde la edad de piedra hasta la era de la microelectrónica se ha buscado siempre mejorar las características de los materiales comunes ampliando sus aplicaciones, o bien utilizar materiales nuevos manteniendo costos aceptables (entendidos en su sentido más amplio, incluyendo costos sociales, ambientales, etc.).
Se puede, sin embargo, reconocer la existencia de una tendencia que ha prevalecido a lo largo de la historia: la reducción del contenido de material por unidad de producto, o bien la fabricación de objetos que, a igualdad de funciones, eran cada vez más pequeños y livianos. Gracias a este proceso (denominado a veces "desmaterialización"), hoy día los materiales livianos y los sistemas cada vez más miniaturizados permiten el desarrollo de funciones que hasta hace pocos años eran difícilmente imaginables.

Las modificaciones de las propiedades de los materiales tradicionales y la invención de materiales nuevos fueron procesos que ocurrieron muy lentamente, de manera sustancialmente empírica (por ejemplo mediante trabajado mecánico, tratamiento térmico o aleación en el caso de los metales). Desde los primeros decenios del siglo XX se hizo cada vez más evidente la contribución de los conocimientos científicos que, por una parte, han permitido prever y controlar en forma creciente el comportamiento de los materiales para aplicaciones termoestructurales y por otra, descubrir y difundir materiales nuevos para esas épocas , como el aluminio y los plásticos. Los conocimientos científicos han permitido también el desarrollo de métodos de observación y control y, más recientemente, de consumo, contribuyendo así a transformar sectores enteros de la actividad económica y a configurar la fisonomía de la moderna sociedad industrial. En el caso específico de las industrias de materiales se puede constatar hoy un panorama profundamente cambiado con respecto al pasado: de la fuerte prevalencia de las grandes empresas productoras y de transformación de grandes masas de materiales, se ha pasado a una situación de mayor variedad con numerosas empresas de dimensiones medias y pequeñas que responden a una demanda fuertemente diversificada, ocupando nichos de mercado de muy alto valor agregado.
Las nanotecnologías, que permiten manipular la estructura de los materiales a nivel atómico, y así modificar sus propiedades de la manera más radical y controlada que en el pasado reciente (ver CUADRO 1 y punto 5.2), pueden representar un salto cualitativo sin precedentes en la larga historia del desarrollo de los materiales. En efecto, se puede prever que estas tecnologías contribuirán a una renovación profunda del sistema socioeconómico, tanto gracias a la utilización final de los materiales y sistemas en la producción de bienes y servicios, como creando nuevos esquemas de consumo y nuevas actividades productivas.

2.2. La fabricación de los materiales en escala micro y nanométrica. El caso de la microelectrónica y de las tecnologías de la información.

Las microtecnologías, que permiten la fabricación de materiales a escala micrométrica (dimensiones del orden del micrómetro) se han desarrollado principalmente para la electrónica de estado sólido: sobre esta base se ha creado una metodología intelectual y un equipamiento instrumental que llevó al estado actual de los materiales para electrónica y para las tecnologías de la información. En particular, se desarrolló en primer lugar el transistor - que sustituyó las antiguas válvulas electrónicas - y, sucesivamente, el microprocesador o "chip" que contiene una cantidad cada vez más grande de transistores y otros componentes electrónicos.
El caso de la moderna electrónica de estado sólido, mucho más acotado que el de los materiales para usos estructurales a que se ha hecho referencia en el parágrafo precedente, permite llevar a cabo evaluaciones que ilustran específicamente la importancia socioeconómica del control de la estructura de los materiales a pequeña escala (ver Cuadro 2).

Los datos de la Tabla 1 hacen evidente la reducción de los costos ocurrida entre 1970 (antes de la adopción del chip) y 1999 (cuando se tiene a disposición el microprocesador PENTIUM III, utilizado actualmente en las computadoras personales). El costo de la energía de procesamiento de los datos (rapidez y almacenamiento en memoria) ha caído unas 40.000 veces, a una tasa media anual de más del 40%. Por otra parte, el costo de la transmisión disminuyó más de un millón de veces, a una tasa media anual de un 60%. Una idea más inmediata del progreso de las telecomunicaciones la da el hecho de que en 1970 la transmisión de la costa este a la costa oeste de los Estados Unidos de un texto como el de la Enciclopedia Británica habría costado unos 190 dólares, mientras que hoy, todo el contenido de la Biblioteca del Congreso de los EEUU (probablemente la más grande y completa del mundo) se podría transmitir de costa a costa por no más de 40 dólares.

Tabla 1. Costo según la velocidad de procesamiento, del almacenaje, y de la transmisión de la información.
Fuentes: The Bank Credit Analyst, Federal Reserve Bank of Dallas. Elaboración de P. Woodhall, Untangling e-conomics, a Survey of the New Economy, pp. 1-44, The Economist, septiembre 23, 2000, de donde la Tabla 1 y el Cuadro 2 han sido adaptados.

Debe subrayarse además la rapidez sin precedentes de la reducción de los costos. Para comparar, basta citar el caso de otras dos grandes innovaciones de amplio impacto socioeconómico, la electricidad y el automóvil¹ :

- En Gran Bretaña, el costo del kilovatio-hora eléctrico disminuyó un 65% en los 50 años transcurridos entre 1880 y 1939, a una tasa anual media del 2,5%.
- En los EEUU se ha estimado que si entre 1975-2000 (25 años) se hubiera verificado para los automóviles una reducción de costos y un aumento de las prestaciones equivalente a los ocurridos en el mismo período para las computadoras, un modelo estándar estaría costando unos 5 dólares, y recorrería unos 100.000 km con un litro de combustible.

CUADRO 2 LA INTEGRACION DE LOS TRANSISTORES EN UN UNICO CHIP DE SILICIO El transistor, que aprovecha las peculiares propiedades del silicio en la conducción de la corriente eléctrica, fue inventado en 1948. Pero la verdadera revolución en las tecnologías de la información se empieza a vislumbrar en 1971, con la invención del chip de silicio que alberga en su interior a diversos transistores. La rapidez del progreso tecnológico en la fabricación de los chips está representada por la denominada " Ley de Moore" (propuesta por Gordon Moore, uno de los fundadores de INTEL, empresa líder en la producción de microprocesadores): la capacidad de procesamiento de datos de un microchip, representada por el número de transistores que contiene, se duplica cada 18 meses. En la Figura 1 se representa la ley de Moore: el número de transistores en función del año de aparición en el mercado de los sucesivos chips, indicados en la figura, que han caracterizado las diversas generaciones de computadoras (86, 286, 386, 486, PENTIUM, PENTIUM II y PENTIUM III. La capacidad de integrar un número cada vez más elevado de componentes en un chip es el resultado del progreso de la física y la química del sólido, que ha consentido fabricar estructuras cada vez más pequeñas, pero siempre en escala micrométrica, sobre obleas de silicio de elevado grado de pureza, con cantidades de impurezas controladas (dopantes), y perfección estructural. Un indicador del efecto económico de estos progresos es la disminución espectacular de los costos, evidenciada en los datos consignados en la Tabla1. Representación gráfica de la ley de Moore. En la escala logarítmica de las ordenadas se representa el número de transistores por microprocesador en función del año de puesta en el mercado de los microprocesadores que han caracterizado las diversas generaciones de computadoras personales (86, 286, 386, 486, PENTIUM, PENTIUM II y PENTIUM III).

Es cierto que la vertiginosa disminución de los costos y la difusión cada vez más amplia y penetrante de las tecnologías de la información y de las telecomunicaciones no es debida solamente al progreso en la tecnología de fabricación de los chips. Con todo, el efecto económico ilustrado sintéticamente sería difícilmente imaginable sin el progreso de la tecnología de los microprocesadores, progreso impensable, por otra parte, sin la capacidad para obtener y controlar la estructura de los materiales semiconductores (fundamentalmente el silicio), en una escala cada vez más reducida.
Hoy en día se utilizan diversas variantes en las microtecnologías aplicadas en la microelectrónica para la manufactura de microsensores y sistemas micromecánicos que presentan un elevado potencial de utilización en numerosos sectores (ver 5.3). La escala micrométrica, sin embargo, está aún lejos de la escala nanométrica, mil veces más pequeña.
Se estima que las nanotecnologías permitirán aumentar aún más el número de componentes electrónicos en los microprocesadores basados en silicio ultra puro. Son de esperar, por lo tanto, ulteriores reducciones de los costos antes de llegar a los límites físicos impuestos por la estructura atómica de los semiconductores. En efecto, las previsiones más fundadas indican hoy que la ley de Moore (ver Cuadro 2) mantendrá todavía su validez por lo menos por un decenio. Si bien no se puede establecer en la actualidad una relación directa entre nanotecnología y ley de Moore, con sus consecuencias tecnológicas y socioeconómicas, aparece ya claro que en los próximos años su validez dependerá de la capacidad de concentrar cada vez más componentes en espacios cada vez más reducidos, lo que lleva automáticamente a considerar las nanoestructuras como la base para nuevos microprocesadores. Dichas nanotecnologías permitirán igualmente un mejoramiento de las prestaciones con reducción significativa de los costos en relación con los sistemas actuales de producción en escala micrométrica (micromáquinas, microsistemas electromecánicos, micro robots; ver 6.2).

2.3. Nanotecnologías y materiales: algunas conclusiones.

Las nanotecnologías constituyen un punto culminante en el desarrollo de la capacidad de modificar las propiedades de los materiales, punto al cual la moderna sociedad tecnológicamente avanzada llega por dos caminos convergentes: uno es el camino histórico, que ha permitido enriquecer continuamente el inventario de los materiales disponibles (modificaciones de materiales conocidos y creación de materiales enteramente nuevos); el otro es el desarrollo de tecnologías de preparación de los materiales en escalas cada vez más reducidas, lo que permitió el desarrollo de la microelectrónica y de otras producciones micrométricas.
La convergencia de ambos caminos se ha traducido en progresos cada vez más rápidos y de amplios alcances tecnológicos, sociales y económicos. Los progresos en un campo específico, como la electrónica y las tecnologías de la información, permiten evaluar el impacto tecnológico y económico derivado de la posibilidad de trabajar la materia a escala micrométrica. Una evaluación equivalente en el campo más vasto y variado de los materiales nanoestructurados sería, sin duda, más compleja. Aún así, se puede constatar que los progresos recientes en estos materiales, resultado de un creciente conocimiento y control de su estructura a nivel atómico, han llevado a cambios sustanciales en los esquemas de producción y consumo en los sectores más variados (mecánica, electromecánica, química, energía, industria aeroespacial, biomedicina, transporte, agroalimentos, construcción, etc.), con reducción de costos y aumento general de la eficiencia (miniaturización, reducción general del consumo de materiales y energía , y de los efectos ambientales consiguientes, por unidad de producto).
Se puede por lo tanto suponer razonablemente que la capacidad de actuar sobre las estructuras de los materiales a escala nanométrica producirá efectos de vastos alcances a través de la tecnología de los materiales que tendrá incidencia en todos los sectores de la economía, incluido el de la microelectrónica y las tecnologías de la información. Estas, a su vez, contribuirán a acelerar el cambio tecnológico en los sectores actuales, incluido el de los materiales, y a dar origen a sectores enteramente nuevos. En consecuencia, no es arriesgado plantear la hipótesis de que nos encontramos hoy en las fases iniciales de una onda expansiva equivalente a la iniciada a comienzos de la década del 70 cuando se produjo la introducción del microchip.

3. LA PRODUCCIÓN DE NANOESTRUCTURAS

3.1. Aspectos generales: distintas alternativas

En el conjunto de los procesos de producción de materiales nanoestructurados se pueden distinguir dos alternativas, ilustradas en la Figura 2: una, denominada "top down" , por la cual las nanoestructuras se desarrollan "grabando" un bloque de material, y otra, denominada "bottom up" , por la cual los materiales nanoestructurados se producen o generan a partir de " nanobloques" de átomos.

Las técnicas "top-down" presentan muchas analogías con las técnicas litográficas de producción de microprocesadores electrónicos a los que se ha hecho referencia (ver 2.2 y Cuadro 2). Mediante estas técnicas los circuitos de transistores integrados en el microprocesador se graban sobre una oblea de silicio ultra puro preparado a tal efecto. Previamente los circuitos, con todos sus componentes, se diseñan sobre una máscara y luego se proyecta una imagen de la misma, reducida a la escala apropiada, sobre la oblea de silicio. Mediante tratamientos químicos se "fijan" los circuitos proyectados, y se cortan los microchips de manera de constituir dispositivos con una adecuada resistencia estructural.
Para hacer la proyección de los circuitos sobre la oblea de silicio se utiliza por lo general radiación ultravioleta, lo que difícilmente permite alcanzar una resolución mejor que 100 nm. Esto representa un límite a la cantidad de componentes integrados en el microprocesador, y en consecuencia a sus prestaciones (ver 2.2 y Cuadro 2). Para lograr resoluciones mayores, hasta algunas decenas de nanómetro, se deben utilizar otro tipo de radiaciones (haces de electrones, radiación ultravioleta lejana, con longitudes de onda inferiores a las utilizadas hasta ahora en la industria electrónica, o rayos X). Las técnicas que permiten alcanzar resoluciones manométricas, actualmente en etapa de desarrollo, permitirán integrar sobre un único chip un número de componentes más elevado del actual, y por lo tanto mejorar la relación costo /capacidad de procesamiento de datos.
Las técnicas litográficas se utilizan también en la producción de micromáquinas y microsistemas electromagnéticos cuyas posibilidades de aplicación hacen prever una amplia difusión en los mercados. Para mayores informaciones sobre los microsistemas y sobre las técnicas "top-down" , ver el Apéndice 3.
En lo que sigue se examinarán con más detalles las técnicas "bottom-up", que aparecen hoy en día como más cercanas a su aplicación en una amplia variedad de sectores productivos.

3.2. Técnicas "bottom-up" o de síntesis de materiales nanoestructurados.

Estas técnicas permiten obtener (ver Figura 3): polvos de granulometría muy fina, que pueden ser compactados para obtener productos de variadas características y dimensiones, o dispersados en el interior de otro material, para modificar de algún modo sus características; capas delgadas depositadas sobre substratos diversos, que tienen ya importantes aplicaciones; bloques nanométricos que se pueden compactar a través de manipulación atómica con técnicas que aún están a nivel de laboratorio (ver parágrafo 4).

Figura 3. Las distintas vías para obtener un material nanoestructurado.

Desde el primer proceso usado en los primeros años de la década del 80 (condensación de gases) hasta hoy, han aparecido al menos treinta procesos diferentes para producir materiales nanoestructurados ya sea en forma de polvo finamente dividido o ya sea como recubrimientos superficiales, o bien productos de dimensiones muy pequeñas. Se trata de una verdadera síntesis, es decir, un conjunto de procesos físicos y químicos mediante los cuales átomos y moléculas se combinan para dar lugar a un material cuya utilidad dependerá de la medida en que ese proceso permita obtenerlo en cantidad, calidad y forma acordes con su uso funcional y bajo costo. La síntesis de materiales nanoestructurados puede ser llevada a cabo mediante procesos de síntesis (en fase líquida, vapor o sólida) usados desde hace mucho tiempo para la producción de algunos materiales tradicionales; con oportunas modificaciones de los mismos para obtener estructuras nanométricas (polvos o películas delgadas). En lo que sigue se indicarán los principales procesos.

3.2.1. Procesos en fase líquida

- Sol-gel: se parte de un precursor constituido por una solución de una sal metálica o un compuesto órgano metálico. Esta solución se trata de manera de producir una suspensión coloidal de partículas (micelas inversas) de dimensiones del orden de los 1.000 nm (el sol). Ulteriores tratamientos permiten la formación de un gel semisólido que da origen a una película delgada o a polvos nanométricos.

- Atomización mediante corriente de gas: se hace impactar sobre un metal fundido un fluido, típicamente un gas inerte, a elevada velocidad. Se forman así pequeñísimas gotas que, impactando entre sí, se rompen dando lugar a un polvo nanocristalino. Este método permite producir cantidades significativas de polvos a costos relativamente bajos, pero su aplicación está limitada a los metales.

- Electrodeposición: la base de estos procesos es conocida y aplicada desde hace mucho tiempo en galvanoplastia. Se trata de descomponer una solución mediante el pasaje de una corriente eléctrica. Controlando el proceso de manera adecuada, el producto de la descomposición se obtiene en forma de polvo o bien de un recubrimiento nanoestructurado. En la medida que se pueda aplicar, esta técnica es poco costosa y apropiada para producciones a escala industrial.
- Procesos "sonoquímicos": Esta técnica permite obtener nanopolvos en cantidades importantes mediante la acción de ultrasonidos sobre soluciones de compuestos por lo general de tipo organometálico. La acción de los ultrasonidos genera cambios repentinos de presión y temperatura muy localizados, que descomponen la solución formando nanopartículas.

3.2.2. Procesos en fase vapor

- Procesos con aerosoles. Estos procesos son corrientemente utilizados para la obtención de polvos ultrafinos (partículas de diámetro inferior a 100 nm) y un control adecuado del proceso permite llegar a dimensiones del orden de los 10 nm. Los procesos con aerosoles pueden utilizarse también para obtener recubrimientos de capas delgadas. Para la producción de los polvos se utiliza un aerosol (fase líquida o sólida finamente dispersa en un gas ) evaporando el líquido precursor en gotas submicrométricas distribuidas en un gas a baja presión; en una cámara de reacción a mayor temperatura se evapora o quema el solvente, y las partículas dispersas experimentan reacciones químicas que, debidamente controladas, dan origen a polvos de la composición deseada, que se enfrían con sistemas adecuados. Las capas delgadas pueden obtenerse haciendo reaccionar las gotas submicroscópicas sobre un sustrato caliente, o haciendo evaporar el solvente en la cercanía del sustrato. Los reactores más utilizados para la producción de estos polvos son a gas, pero existen otros tipos (a plasma, a láser, pirolíticos), que pueden resultar más convenientes para aplicaciones particulares.

- Deposición en fase vapor. Estas técnicas se utilizan corrientemente, desde antes del desarrollo de las nanotecnologías, para obtener recubrimientos superficiales en escala industrial (por ejemplo, obtención de herramientas de corte, de vidrios reflejantes para cerramientos, etcétera). Las técnicas de deposición en fase vapor se pueden clasificar en tres grupos: deposición física en fase vapor o PVD (de "physical vapor deposition"), deposición química en fase vapor o CVD (de "chemical vapor deposition") y atomización térmica.

- La PVD se lleva a cabo sin que intervengan reacciones químicas, llevando a fase vapor un elemento o un compuesto (por calentamiento, láser, plasma, descarga eléctrica o bombardeo iónico), para luego condensarlo sobre un sustrato. Para mejorar la adherencia y la calidad de la capa se puede recurrir también a un bombardeo iónico. Con modificaciones apropiadas de los procesos se pueden obtener capas delgadas constituidas por nanoestructuras, por ejemplo, haciendo la deposición por medio de haces de pequeños agregados de pocos átomos, obteniendo así capas con propiedades mecánicas, ópticas y eléctricas distintas de las capas normalmente depositadas por PVD. También depositando una capa de átomos sobre otra de manera controlada, utilizando la técnica denominada epitaxia de haces moleculares (MBE, "molecular beam epitaxy"). Esta última técnica se usa para fabricar los materiales denominados GMR ("giant magnetoresistance read head"), en los cuales la resistencia eléctrica cambia drásticamente en presencia de un campo magnético, propiedad de gran interés para los sistemas de lectura de los discos rígidos de las computadoras, o para la realización de sistemas magnéticos de refrigeración que no utilizan ningún líquido refrigerante.

- La CVD. El compuesto químico que contiene el precursor de la sustancia que se quiere depositar, debe ser llevado a fase vapor mediante calentamiento. En una segunda etapa, en una atmósfera adecuada, se produce su descomposición, con lo cual precipita la sustancia de interés sobre el sustrato predefinido, a una temperatura elevada igual a la temperatura de los gases presentes. Se puede reducir la temperatura del sustrato favoreciendo la reacción mediante la irradiación con electrones o fotones que favorezcan la descomposición del vapor a través de reacciones fotoquímicas. Con la CVD activada por electrones se realizan corrientemente recubrimientos superficiales de alta resistencia mecánica, como los de carbono tipo diamante o los de carburo de boro cúbico. Como en el caso de la PVD, el control adecuado del proceso permite obtener capas delgadas nanoestructuradas con mejores características y para diversos campos de aplicación. También se usa la CVD, ya desde hace tiempo, para la fabricación de las preformas de las cuales se estiran las fibras ópticas para la transmisión de comunicaciones.

- Atomización térmica. Este procedimiento se utiliza en la actualidad para recubrir superficies con capas resistentes a agentes químicos y solicitaciones termomecánicas, mediante el rociado a alta temperatura de polvos formados por micropartículas. La técnica de spray térmico más generalmente utilizada es el plasma spray. La misma consiste en tratar la superficie con partículas de polvo transportadas por un gas previamente ionizado - el plasma - a alta temperatura y gran velocidad. En el momento del impacto con la superficie, las partículas se depositan primero como microláminas prácticamente líquidas que solidifican mezclándose con el material de la misma superficie, y luego se adhieren una sobre la otra, hasta formar una capa muy densa. Se prevé que el uso de nanopolvos ampliará considerablemente las posibilidades de esta técnica gracias a un mejoramiento sustancial de las características de las capas depositadas, modificadas "a medida" para los requisitos específicos.

3.2.3. Síntesis desde la fase sólida

Esta técnica debería ser considerada entre las denominadas "top down", dado que consiste en la molienda de granos de material hasta llegar a las dimensiones nanométricas. Se trata de la molienda extrema de materiales (ultra molienda), en sofisticados molinos a esferas, seguida luego por tratamientos térmicos adecuados. Esta técnica deriva de los métodos de conminución ampliamente utilizados en numerosos sectores productivos, desde la industria cementera hasta la alimentaria y farmacéutica. Los materiales cerámicos avanzados, que requieren la producción de polvos micrométricos de alta pureza, han permitido estudiar a fondo los problemas energéticos y de contaminación que se presentan en la producción por molienda de materiales ultrafinos, y que actualmente pueden ser reducidos aceptablemente. Así, esta técnica, ya disponible en el mercado, puede ser utilizada para la preparación de materiales nanoestructurados.

3.2.4. Nuevas técnicas en fase de experimentación

En un campo como el de las nanotecnologías, en rápida evolución, y en el cual, en los países desarrollados, los entes estatales y las principales empresas están invirtiendo importantes recursos, se proponen continuamente nuevas técnicas. La mayor parte de las mencionadas en los parágrafos precedentes se han originado en técnicas micrométricas conocidas y aplicadas desde hace tiempo. Si bien sus aplicaciones a escala nanométrica están aún lejos de una optimización operativa y económica, tales técnicas aparecen hoy como las más prometedoras a corto plazo.
Existen otras técnicas que revisten un interés potencial para su aplicación práctica, pero que no están todavía suficientemente desarrolladas como para hacer previsiones realistas sobre la factibilidad técnico-económica de su difusión en el campo de los materiales. En particular pueden mencionarse:

- Las técnicas de auto ensamblaje, que consisten en lograr que pequeños grupos de moléculas se unan "automáticamente" según estructuras predefinidas, como ocurre en los sistemas biológicos naturales (por ejemplo en la formación del ADN), utilizadas ya en la biotecnología. Se podrían producir de esta manera nuevos materiales de origen biológico y dispositivos electrónicos , incluidos los realizables con polímeros, eliminando el proceso litográfico.

- La manipulación de los átomos que se puede realizar por medio del microscopio de fuerza atómica (AFM, "atomic force microscope"), y del microscopio de barrido por efecto túnel (STM, "scanning tunneling microscope" ). Estos instrumentos, además de proporcionar imágenes de superficies con resolución atómica (ver parágrafo 4), pueden utilizarse para posicionar átomos o moléculas sobre la superficie de un material. Este posicionamiento de los átomos puede ser de tipo sustancialmente físico de manera de formar estructuras bidimensionales, o bien rompiendo enlaces químicos y formando nuevos entre los átomos de la superficie. La manipulación atómica se encuentra aún en las primeras fases de experimentación a escala de laboratorio.

- Los haces de agregados de átomos o moléculas ("clusters") que se puedan generar vaporizando un material y haciéndolo condensar en una cámara especial. Luego los "clusters" se hacen expandir en otra cámara a velocidades supersónicas controlando la diferencia de presión entre ambas cámaras. La aplicación de esta técnica en la síntesis de nuevos materiales se ilustra en el parágrafo 5.2.

4.INSTRUMENTACIÓN PARA LAS NANOTECNOLOGÍAS

Las investigaciones fundamentales sobre las nanoestructuras y las aplicaciones que surgen de las mismas requieren una infraestructura particular, además de la ya habitual en los modernos laboratorios de desarrollo y ensayo de materiales (instrumentación analítica, microscopios electrónicos de diverso tipo, sistemas de alto vacío, y otros equipos). Las técnicas de diagnóstico para el estudio de los materiales nanoestructurados tienen, además de un interés científico, un potencial interés práctico a nivel industrial, como la microscopía de fuerza atómica y la microscopía de efecto túnel . En efecto, son necesarios en este campo sistemas de manipulación e instrumentación de control altamente refinados, capaces de operar prácticamente a nivel atómico evitando cualquier contaminación del material en estudio. En lo que sigue se describen sintéticamente los microscopios de fuerza atómica (AFM) y de efecto túnel (STM). Ambos instrumentos permiten tanto la observación y el control de superficies con resolución atómica, como el posicionamiento de átomos o moléculas sobre una capa superficial (ver 4.2.4).

4.1. El microscopio de fuerza atómica (AFM).

Se trata de un instrumento versátil y extremadamente preciso para estudiar estructuras y medir las fuerzas superficiales sobre una muestra del material. En la figura 4 se esquematiza su funcionamiento.

Figura 5. Fotografía de un microscopio de fuerza atómica (AFM)

La información sobre la superficie bajo examen se recoge a través de una punta muy delgada (pocas decenas de micrones) montada en el extremo de una varilla elástica. Esta última consiste, por lo general, de uno o varios haces de fibras de nitruro de silicio o de silicio metálico cuya longitud varía entre 100 y 500 micrómetros (0,1 a 0,5 mm), con un espesor entre 0,5 y 5 micrómetros. La punta sensible transmite la fuerza que se ejercita entre la misma y los átomo o moléculas de la superficie de la muestra cuando aquélla se mueve hacia arriba y hacia abajo sobre ésta última, detectando su rugosidad, y este movimiento puede ser medido con extrema precisión por medio de, por ejemplo, un haz láser reflejado por un espejo pequeño colocado sobre la punta y recogido por un elemento sensible (fotodiodo). Los datos procesados permiten reconstruir la estructura superficial en la dirección vertical, z. Una pequeña unidad que contiene un cristal piezoeléctrico, del tipo de las antiguas cápsulas con la púa de los tocadiscos, permite detectar la estructura horizontal de la superficie, en función de las ordenadas x e y. Se puede obtener así, con resolución nanométrica, la topografía de una muestra en una escala que varía desde 100 hasta 150.000 nm (0,15 mm), pudiéndose lograr resoluciones del orden de 1 nm.
La AFM puede trabajar en aire, bajo vacío y en medio líquido (para muestras biológicas), y analizar tanto materiales aislantes como conductores de la electricidad. Generalmente puede trabajar en tres modos: "contact mode", "non-contact mode" y "tapping mode". En el "contact mode" la punta está en contacto con la muestra. En el "non-contact mode" la punta de la varilla elástica se mantiene a una distancia pequeña de la muestra, y la topografía de la superficie se reconstruye a partir de la medición de las fuerzas de Van der Waals actuantes entre los átomos de la punta y los de la superficie. En este modo, si bien se evitan daños a la muestra debido a la adherencia entre la punta y la superficie, se tiene una resolución menor respecto a los otros dos modos. Finalmente, en el " tapping mode" la varilla se mantiene en oscilación, y la punta está en contacto en forma intermitente con la superficie, lo que permite tener una información topográfica de alta resolución en el caso de muestras blandas o adhesivas.
Además de obtener una imagen de la topografía de la superficie de la muestra, es posible obtener, al mismo tiempo y en escala nanométrica, un mapa cualitativo de la fricción, de la dureza y de la adhesión, informaciones complementarias que completan la imagen topográfica (por ejemplo, individualizando los distintos componentes en un material compuesto o la presencia de contaminantes en su superficie). Modelizando adecuadamente los fenómenos de fricción, dureza y adhesión en escala micrométrica y nanométrica, y caracterizando las propiedades mecánicas de la varilla, resulta posible obtener una información cuantitativa sobre estos fenómenos. Ello puede ser útil, por ejemplo, para estudiar el estado de una pieza mecánica antes y después de su uso, poniendo en evidencia los fenómenos incipientes de desgaste que ha experimentado.
También resulta posible reconstruir el mapa de las propiedades magnéticas de la muestra, lo que encuentra aplicación en los dispositivos magnéticos para el almacenamiento de datos.

4.2. El microscopio de efecto túnel (STM)

El STM está constituido, esencialmente, por una varilla similar a la del AFM pero con una punta más fina (del orden de un micrómetro). La punta se ubica a una distancia equivalente a pocos átomos de la superficie en estudio (figura 6). Aplicando una diferencia de potencial entre la punta y la superficie se genera un flujo de electrones debido al denominado "efecto túnel" , fenómeno cuántico que da origen a una corriente eléctrica entre dos puntas conductoras (o por lo menos semiconductoras) debida a diferencias de potencial tales que, según la física clásica, no serían suficientes para dar origen a un flujo de electrones.

5. LOS CAMPOS DE APLICACIÓN

5.1. Premisas

En lo que sigue se procederá según dos enfoques: el intersectorial ( 5.2) y el sectorial (5.3). En el primero se concentrará la atención sobre las aplicaciones en campos que pueden interesar transversalmente una amplia variedad de sectores (materiales, sensores, catalizadores, química) aun cuando resulta inevitable hacer referencia a algunos usos específicos. En el enfoque sectorial, en cambio, se hará referencia a algunos sectores de reconocida importancia, ya sea por sus dimensiones como por su valor estratégico.
Si bien no hay dudas sobre el notable potencial económico del conjunto de estas aplicaciones, algunas de las cuales están ya cerca de los mercados, la mayor parte de las mismas se encuentran actualmente en una fase de investigación. Así, buena parte de los ejemplos que se presentan son adelantos de las actividades de ID. Ellas proporcionan en general elementos ciertos sobre la factibilidad científico-técnica con vistas a ciertos usos; sin embargo, tal actividad no puede proporcionar por sí sola elementos suficientes para evaluar la conveniencia económica y, en particular, los mercados potenciales posibles.

5.2. Los materiales

El campo de los materiales es típicamente intersectorial. De hecho, los mismos se utilizan en todos los sectores de actividad incluyendo la fabricación de componentes, dispositivos y sistemas que, a su vez, interesan transversalmente a variados sectores (por ejemplo: sensores, catalizadores, micromáquinas, microsistemas electro-mecánicos, y otros).
En el parágrafo 3.2. se ha señalado importancia del control de las propiedades de los materiales a través de las modificaciones de su estructura a nivel atómico. La posibilidad de producir en escala nanométrica bloques de composición y dimensiones controladas de manera precisa, para ensamblarlos luego en estructuras de la forma y dimensiones deseadas, representa un cambio radical, tanto en los procesos de producción de los materiales como en sus propiedades, distintas de las conocidas hasta ahora. Estos cambios hacen que el potencial aplicativo de estos materiales sea muy elevado, ya sea que se presenten en forma de polvos, de piezas consolidadas, o de capas delgadas, o bien bajo formas particulares como los nanotubos, irrealizables con los materiales de estructura tradicional.

5.2.1. Polvos y piezas consolidadas

Los nanopolvos pueden utilizarse directamente como tales, o bien pueden ser trabajados ulteriormente, compactándolos para constituir piezas consolidadas monolíticas, o bien dispersándolos en otros materiales para formar materiales nanocompuestos. En cada caso se reconoce la necesidad de desarrollar técnicas que permitan la pro ducción en cantidades suficientes y a costos aceptables de polvos constituidos por partículas de dimensiones y propiedades estrechamente controlables.

Los nanopolvos. Pueden emplearse en segmentos específicos de los numerosos sectores que usan tradicionalmente sólidos finamente divididos ( industria metalúrgica, alimentaria, farmacéutica). En sucesivos parágrafos se hará referencia específica a algunos grandes sectores utilizadores de dichos sólidos (química, sensores, catálisis). Los siguientes ejemplos conciernen a algunos sectores específicos de uso potencial.

- Pigmentos, colorantes, barnices y tintas. El uso de nanopartículas llevaría a notables mejoras en la calidad en las industrias textiles, del vestido, impresiones gráficas y películas fotográficas.
- Cosméticos. Los pigmentos a base de nanopolvos desarrollados por varias empresas , presentan una elevada capacidad de absorción de rayos ultravioletas, lo que los hace ventajosos para las cremas protectoras solares. Teniendo en cuenta las dimensiones del mercado de la cosmética, el desarrollo del uso de nanopolvos en este sector aparece como particularmente interesante.
- Pastas abrasivas. Las pastas basadas en nanopartículas resultan ventajosas para pulir superficies que requieren una planaridad rigurosa y una terminación de altísima calidad (por ejemplo las obleas de silicio usadas en la industria electrónica, los discos rígidos para computadoras, los cabezales magnéticos, los espejos y otros componentes de sistemas ópticos). Resultan así complementarios con la obtención de superficies perfectamente planas y el terminado mediante el bombardeo controlado con nanoagregados de iones. La creciente demanda de terminaciones de alta calidad y la esperada reducción de costos de los polvos nanométricos permiten prever una expansión de la utilización de los mismos en el sector de los abrasivos.
- Farmacología. Los fármacos bajo formas de nanopolvos hacen posible la utilización de sustancias
de baja solubilidad, duplicando así los productos químicos disponibles en el campo farmacológico. Además, el uso de nanopartículas permitiría acciones puntuales, en particular sobre los tumores, impracticables con partículas más grandes.

Piezas monolíticas. Obtenidas mediante la compactación de nanopolvos, se han ya mencionado algunos ejemplos de propiedades singulares como la resistencia mecánica más elevada en materiales metálicos, y las mejores propiedades mecánicas en el caso de las cerámicas tenaces. Los procesos productivos, por su parte, pueden ser optimizados mejorando significativamente los rendimientos, con la consiguiente disminución de los descartes. En particular, y tanto con materiales poliméricos como cerámicos y metales, se pueden producir cuerpos con tal precisión en sus formas y dimensiones finales como para hacer innecesarias las operaciones de terminado. Ejemplos:
- La fabricación de un objeto cerámico mediante sinterizado y sucesivas etapas de terminado. La fabricación de una cerámica monolítica partiendo de polvos de granulometría convencional es, por lo general, un proceso largo y complicado, y el rendimiento es bajo . En el sinterizado a temperaturas elevadas se concentra, según el tipo de material, entre el 50 y el 90% de los costos de producción. El uso de nanopolvos permite obtener cerámicas que, conservando la resistencia mecánica y a altas temperaturas propias de estos materiales, requieren menores tiempos de fabricación. En el caso de la alúmina, estos tiempos se reducen de unas diez horas a alrededor de veinte minutos.
- Los llamados "metales duros", utilizados desde hace mucho tiempo en las máquinas herramientas para el trabajado mecánico, están constituidos por partículas de carburo de tungsteno (WC) dispersas en una matriz de cobalto. Estos materiales compuestos se obtienen mediante un proceso que se inicia con la mezcla mecánica del polvo de carburo de tungsteno y el de cobalto metálico; luego la mezcla se prensa y se sinteriza. Utilizando nanopolvos en lugar de polvos de granulometría convencional se inhibe la formación de micro defectos, precursores de los fenómenos de fractura. Así, los materiales compuestos obtenidos a partir de nanopartículas muestran elevadas características mecánicas y tribológicas
- Los materiales biocompatibles, aptos para ser usados en prótesis o en la reparación de partes lesionadas. Pueden utilizarse como piezas formadas a partir de polvos o bien bajo la forma de capas delgadas que, recubriendo la superficie de una pieza, la hacen compatible con las condiciones del cuerpo humano donde debe trabajar. La posibilidad ofrecida por las nanotecnologías de modificar las propiedades de los materiales abre nuevas fronteras, permitiendo realizar implantes en vivo, de otro modo impracticables.

5.2.2. Materiales nanoestructurados y nanocompuestos a base de carbono

Por mucho tiempo se creyó que el carbono existía solamente en dos formas cristalinas estables, diamante y grafito, cuyas estructuras se esquematizan en la figura 7 (los puntos negros son átomos de carbono), y con las características conocidas. Pero en 1985 se sintetizaron las primeras moléculas de fullereno, cuya estructura es distinta de las dos mencionadas (ver figura): en efecto, el fullereno está formado por 60 átomos de carbono unidos para formar un icosaedro truncado (no hay mejor modo de visualizarlo que una pelota de fútbol en la cual se han sustituído los vértices de los pentágonos y hexágonos que la constituyen por átomos de carbono. Se descubrieron así nuevas formas de agregación del carbono, de acuerdo a las cuales cambiaban en forma notable las propiedades ópticas, mecánicas, electrónicas y térmicas del material.

Entre las nuevas estructuras del carbono, los nanotubos, descubiertos en 1991, han suscitado gran interés por su potencial aplicativo, todavía para ser desarrollado. Los nanotubos están constituidos por hojas grafíticas enrolladas y constituyen el equivalente nanoscópico de las bien conocidas fibras de carbono corrientemente utilizadas como refuerzo en materiales compuestos livianos. Con los nanotubos se pueden obtener "materiales nanocompuestos", extremadamente livianos y resistentes, adaptables sea a usos aeroespaciales o para prótesis e implantes in vivo en el cuerpo humano. Dado que los nanotubos pueden ser también óptimos conductores de la electricidad, si son adicionados de manera adecuada a materiales normalmente no conductores, pueden modificar las propiedades de conducción eléctrica de estos últimos. Así, por ejemplo, nanocompuestos poliméricos pueden conducir la electricidad encontrando aplicaciones de gran interés en el campo de las comunicaciones (radares, antenas, etcétera), en la construcción de satélites artificiales, y en otras.
Las perspectivas de los nanocompuestos conductores son muy prometedoras también en la industria automovilística. Los vehículos, en efecto, utilizan cada vez más materiales compuestos no metálicos. Si las partes no metálicas fuesen conductoras de la electricidad en forma controlada, se podrían aplicar sobre las mismas procesos de pintura por electro spray, utilizados normalmente para las partes metálicas. O bien agregando pequeñas cantidades de nanotubos a los materiales usados para carga del caucho en los neumáticos, éstos tendrían una sensibilidad eléctrica que podría utilizarse para controlar su estado. También se ha propuesto su uso en hormigones y asfaltos para caminos y rutas, ya que servirían para detectar microfisuras críticas.
En esta dirección, varias empresas están desarrollando óxido de polifenil /poliamida cargado de nanotubos, y se afirma que muchas empresas automotrices lo están probando en diversas partes del mundo. Basta sólo un 2% de nanotubos para permitir la pintura electrostática y un mejor terminado superficial; el problema es su costo, aún elevado.
La realización de películas y recubrimientos de carbono nanoestructurados puede ser lograda mediante una técnica recientemente puesta a punto, técnica que consiste en la creación de un haz supersónico de agregados ("clusters") de átomos de carbono. Mediante descarga en arco eléctrico se crea un plasma de carbono que se mezcla con gas helio. Se expande la mezcla en el vacío para crear un haz de partículas de alta velocidad y muy colimado; se intercepta luego el haz con un sustrato sobre el cual las partículas se depositan formando una capa. Se trata de una técnica similar a la pintura en aerosol. Se obtienen así de manera eficiente y económica capas delgadas nanoestructuradas muy porosas y rugosas, consistentes en partículas fullerénicas inmersas en una matriz amorfa.
Otra ventaja de esta técnica es la posibilidad de colimación muy precisa del haz; esto permite, utilizando máscaras adecuadas, depositar figuras muy complejas con precisión micrométrica, así como se hace con la decoración por serigrafía(Figura 8). Es posible, por lo tanto, reproducir indefinidamente y con la periodicidad deseada estructuras complicadas de un material nanoestructurado e integrarlas con la tecnología microelectrónica y micromecánica corrientemente en uso.

Figura 8. Esquema de "granos" de dimensiones micrométricas obtenidos depositando un haz de agregados a través de una máscara sobrepuesta al sustrato (ver esquema arriba). Se obtiene un sistema estructurado jerárquicamente en escalas que van del nanómetro a la fracción de milímetro. (Foto del "Laboratorio de Haces Moleculares y Materiales Nanocristalinos" de la Universidad de Milán, Italia).

Otro campo en el cual los materiales nanoestructurados a base de carbono parecen ya maduros para su empleo a escala industrial es el del almacenamiento de hidrógeno y en general de energía. En el laboratorio citado más arriba se ha experimentado un prototipo de súper-condensador con electrodos de carbono nanoestructurado depositado con haces supersónicos. Los resultados son muy prometedores, tanto como para contribuir a la puesta en marcha de un proyecto de investigación europeo cuyo objetivo es, justamente, la producción de nanoestructuras de carbono para el almacenamiento de energía limpia.

5.2.3. Nanocompuestos poliméricos

Por nanocompuesto polimérico se entiende un material caracterizado por la dispersión homogénea de partículas de relleno de dimensiones nanométricas en el interior de una matriz polimérica. Como relleno se usan por lo general:
- nanopartículas de silicato
- nanopartículas metálicas.

En los polímeros compuestos de tipo convencional (es decir, a los cuales se ha agregado un componente inorgánico no nanoestructurado, por ejemplo los plásticos reforzados con fibra de vidrio), hay una separación neta a nivel macroscópico entre las fases orgánica e inorgánica, lo que representa una limitación al mejoramiento de los materiales poliméricos; la ventaja de los nanocompuestos polímero /filosilicato es que permiten superar dicho límite, mejorando las características mecánicas y térmicas y la permeabilidad del mismo polímero, con el agregado de cantidades mínimas (del orden del 5%) de silicatos. Es importante subrayar que tales mejoras no van en detrimento del color, de la procesabilidad ni de la densidad aparente.
Este tipo de materiales están teniendo amplia aplicación sobre todo en el campo de los envases para alimentos, por su propiedad de barrera a la penetración de los gases, de hasta 5 a 15 veces mayor que la del polímero puro y de polímeros cargados que a menudo contienen hasta un 20 - 30% de material silíceo (mica, talco o carbonato de calcio). Por otra parte, los nanocompuestos de silicato /polímero presentan también un poder de retardo de llama mejorado; los ensayos muestran que el pico de velocidad de la emisión de calor, que es una medida de la inflamabilidad del material, en el caso de un nanocompuesto llega a ser del 60 al 80% más bajo que el de un polímero puro. Al mismo tiempo, las propiedades mecánicas exhiben mejoras significativas, como mayor tenacidad y resistencia a la abrasión.

5.2.4. Capas delgadas

Las capas delgadas o películas, estructuradas normalmente en escala micrométrica, se utilizan ampliamente desde hace mucho tiempo como recubrimiento de superficies a las cuales se desea conferir propiedades diferentes de las de la masa del material. En efecto, es bien conocido su empleo industrial en el recubrimiento de herramientas para el trabajado mecánico, o de los vidrios planos reflejantes de la energía solar para las fachadas de los edificios. Quizás menos conocidos son sus usos en otros campos como los sensores y la microelectrónica, en los que han permitido niveles de desarrollo tecnológico de otra manera inalcanzables.
La realización de películas nanoestructuradas, cuyo empleo se está difundiendo rápidamente en diversos sectores, permitirá mejorar notablemente la relación prestación /costo en los usos ya consolidados y desarrollar otros completamente nuevos. Las películas nanoestructuradas darán lugar así a uno de los campos de aplicación con perspectivas más inmediatas. Sólo a título de ejemplo se mencionan a continuación algunos sectores de uso.

5.2.4.1.Utilización en la mecánica.

Este sector ha hecho amplio uso de los recubrimientos superficiales para favorecer el comportamiento de componentes sometidos a la abrasión y al desgaste, como las herramientas para trabajado mecánico (corte, perforación, fresado, embutido, estampado y otras ), y también para su uso como barrera térmica en componentes fuertemente solicitados como los álabes de las turbinas a gas. El uso de recubrimientos nanoestructurados está abriendo nuevas posibilidades en este campo, en la medida que producen un mejoramiento sustancial en las prestaciones de los componentes.
Por ejemplo, las películas y capas delgadas nanoestructuradas presentan, en relación con los recubrimientos tradicionales, una mayor resistencia a la abrasión para un coeficiente de fricción muy bajo, y una dureza un 60% superior. El recubrimiento puede ser aplicado también a materiales poliméricos (por ejemplo policarbonato) cuya escasa resistencia a la abrasión y al rayado limita sus usos para diversas funciones en que deberían presentar ventajas con respecto a los vidrios. Se mencionan, finalmente, los recubrimientos camaleónicos , capaces de variar reversiblemente sus propiedades químicas, estructurales , mecánicas y tribológicas, según los esfuerzos y condiciones a que están sometidos y el ambiente en el cual deben trabajar (humedad, temperatura, vacío, atmósferas especiales). Estas capas están constituidas por nanopartículas de carburo de titanio o de tungsteno dispersas en una matriz de carbono amorfo. La dureza de estos nanocompuestos es muy elevada, y su tenacidad es unas 3 a 4 veces superior a la de estos carburos; además, por encima de su límite elástico presentan un comportamiento plástico que disminuye su fragilidad.
Los recubrimientos superficiales de todo tipo constituyen hoy un sector de notable interés económico, que se enriquecerá en poco tiempo con soluciones basadas en las nanotecnologías. Actualmente el mercado estadounidense de recubrimientos, utilizados principalmente en las industrias mecánicas, comprendidas el automóvil, la aeronáutica y las máquinas herramientas, se estima en los 25 mil millones de dólares por año. Se prevé que en el primer decenio del siglo XXI un 2% de esta cifra (500 millones de dólares) corresponderá a recubrimientos basados en las nanotecnologías. Se trata de todo modos de un sector aplicativo que tendrá una notable expansión gracias también a una previsible reducción de los costos.

5.2.4.2. Otros usos posibles

Supercapacitores. Los capacitores son dispositivos que almacenan energía, y en ciertos aspectos son similares a las baterías. Sin embargo, tienen una densidad de potencia elevada (es decir, se cargan y descargan rápidamente) y una baja densidad de energía (la cantidad de energía que puede acumular es muy baja). Los supercapacitores combinan la elevada densidad de potencia del capacitor con la alta densidad de energía de una batería.

Figura 9. Esquema de un supercapacitor

Figura 10. Fotografía por microscopio electrónico de un electrodo de ZnO nanoestructurado.

Estos desarrollos permiten que los supercapacitores puedan ser usados con ventaja en la propulsión de vehículos híbridos (propulsión eléctrica o con motor a explosión) o en grupos electrógenos de tipo continuo. Las películas nanoestructuradas permiten construir supercapacitores de alta capacidad de acumulación de energía. Un supercapacitor consiste, en efecto, de dos electrodos que son generalmente construidos con hoja de aluminio, un separador y un electrolito. El electrodo, a su vez, consiste de un colector, de conductividad elevada, y de un material activo que posea una alta área superficial.
La capacidad de acumulación de energía es proporcional al área eficaz de los electrodos; esta última puede ser notablemente aumentada recubriendo la hoja de aluminio con una película nanoestructurada de elevada porosidad. Los dos electrodos están separados por una membrana que permite la movilidad de los iones pero impide el contacto electrónico. El electrolito conduce los iones de un electrodo al otro y puede ser sólido, acuoso u orgánico, según el tipo de aplicación.
Además, la capacidad es inversamente proporcional a la distancia entre dos estratos de carga; en los supercapacitores tipo ECDL ("electrochemical double layer") los fenómenos electroquímicos permiten que la distribución de las cargas sea tal que dé lugar a capacitores con dicha distancia del orden del nanómetro, permitiendo así aumentar la capacidad hasta tres órdenes de magnitud.

- Sistemas de almacenamiento de hidrógeno y de conversión de energía solar. Estos sistemas tendrán gran importancia porque representan una respuesta a la urgente necesidad de energías limpias. Por su elevada porosidad y reactividad superficial, las películas nanoestructuradas consienten mejoramientos importantes en los sistemas de almacenamiento de hidrógeno, fundamentales para la propulsión de vehículos no contaminantes. Pueden también contribuir al incremento del rendimiento y a la disminución de los costos de la producción de energía fotovoltaica.

- Membranas de porosidad controlada y sistemas de purificación de agua. La posibilidad de controlar la dimensión de los granos y por lo tanto la porosidad de las películas nanoestructuradas permite fabricar membranas de alta eficiencia para los procesos de filtración, adsorción y desorción, almacenamiento químico y de energía eléctrica y catálisis. Procesos de este tipo son utilizados corrientemente por diversas industrias (química, agroalimentaria, farmacéutica), y para la protección del ambiente; una mejora sustancial de los rendimientos producirá, por lo tanto, un efecto de considerable alcance. En lo que respecta a la purificación del agua, las películas nanoestructuradas han permitido desarrollar el sistema FTC ("flow through capacitor") para la desalinización, que requiere diez veces menos energía que los más modernos sistemas de ósmosis inversa, y cien veces menos que los basados en la destilación.

5.3. Sensores

Los sensores son dispositivos que sirven para relevar y medir diversas magnitudes físicas (temperatura, presión, longitud, potencial eléctrico, velocidad, concentración de ciertos elementos o productos químicos, etc.), y sus variaciones en función del tiempo o de otras variables de interés para distintas finalidades. Por lo tanto, los sensores se utilizan en una variedad muy amplia de funciones. Por ejemplo: monitoreo y control de sistemas mecánicos y electromecánicos de automóviles y otros vehículos, de electrodomésticos, máquinas agrícolas, máquinas herramientas, y otras; monitoreo de parámetros importantes concernientes a la seguridad doméstica e industrial, de los sistemas de defensa, de la producción civil, de los instrumentos para electromedicina. Debe señalarse en particular que solamente el sector automotriz representa hoy un mercado de notable importancia para la sensorística (detección y control de las emisiones, activación de las "air bags"), etcétera.

Se trata de un mercado en fuerte expansión bajo el empuje de nuevas exigencias a las cuales los sensores deben dar una respuesta confiable sin incrementar sensiblemente los costos (por ejemplo: indicación de la inminencia de un impacto, monitoreo del estado de los neumáticos de un vehículo, y similares). Otros ejemplos, dentro de la gran variedad de sensores existentes, son:
- Sensores de gases, en los cuales la presencia de un gas de una cierta composición produce variaciones medibles en la resistencia eléctrica de una película;
- Sensores de movimiento y deformación mecánica, utilizando las propiedades piezoeléctricas de ciertos materiales que responden con una señal eléctrica a las deformaciones mecánicas que sufren y , por el contrario, se deforman en presencia de un campo eléctrico;
- Sensores ópticos, que pueden servirse de videocámaras miniaturizadas capaces de registrar en luz visible o en el infrarrojo útil para la visión nocturna;
- Sensores basados en los sistemas denominados MEMS ("micromechanical systems"), sistemas micromecánicos útiles en los minicabezales de lectura y escritura de la información, en impresoras a chorro de tinta, con óptimas perspectivas en el diagnóstico médico, y en los procesos de suministro de fármacos.

En algunos de estos casos (por ejemplo, sensores de gas), se están ya adoptando procesos basados en las nanotecnologías con una evidente mejora de la relación prestaciones /costo. En todos los casos se prevé una notable mejora de esta relación, así como el desarrollo de nuevos sistemas, capaces de ejercer funciones totalmente novedosas.
Los sensores están dando origen a una actividad de creciente interés económico que puede ser desarrollada también por empresas pequeñas. Los datos disponibles son estimulantes; en la tabla 2 se resumen los resultados de un estudio de mercado a escala mundial y su crecimiento entre 1996 y 2002.

Fuente: Network of excellence in Multifunctional Microsystems (NEXUS), Market Analysis for Microsystems 1996-2002, 1998 (www.emsto.com/market-analysis/index.html).

Las cifras estimadas deben tomarse, lógicamente, con cautela, y por otra parte no resulta posible hoy estimar qué alteraciones sufrirá este mercado con la adopción generalizada de las nanotecnologías. El campo de aplicación de los sensores es muy amplio, y comprende grandes sectores de manufactura y servicios. Se puede por lo tanto prever en forma realista que la reducción de los costos y la mejora de las prestaciones debidas ambas a la adopción de las nanotecnologías producirá cambios positivos en los mercados, y contribuirá a la difusión de las nanotecnologías en otros campos de aplicación diversos de los sensores y actuadores.

5.4. Catalizadores

La catálisis es un fenómeno fisicoquímico que permite acelerar o retardar una reacción química gracias a la presencia de una sustancia, denominada catalizador, que no se consume de manera importante durante el curso de la misma. Este fenómeno ha tenido, y continuará teniendo en el futuro, una importancia extrema para la sociedad moderna. Los catalizadores han permitido, en efecto, el desarrollo de sectores críticos como la petroquímica, y está en la base de la producción de combustibles y de materiales plásticos (por ejemplo la producción de poliamida requiere la utilización de doce tipos de procesos catalíticos). Los catalizadores son igualmente necesarios en otras áreas de gran importancia económica y social. Ejemplos:
- Química de base: además de la producción de combustibles y materiales plásticos son numerosos los productos químicos en cuya producción se utilizan procesos catalíticos (detergentes, fertilizantes, pesticidas, insecticidas, etc.);
- Protección del ambiente: la catálisis se usa ampliamente en la purificación de emisiones contaminantes provenientes de auto vehículos y de procesos industriales.
- Industria agroalimentaria: se utiliza en particular para hidrogenar aceites y grasas no saturados.
- Industria farmacéutica: numerosos fármacos son producidos mediante procesos catalíticos.

Si bien la comprensión de los fenómenos catalíticos no es aún completa, y no resulta claro el papel de las dimensiones de las partículas, la superficie del catalizador expuesta a la reacción que se desea modificar tiene una gran importancia. Así, los catalizadores constituidos por nanoagregados presentan un área superficial (superficie por unidad de masa) muy elevada, y por lo tanto son más reactivos que los catalizadores de estructura normal. Por otra parte, estudios experimentales están demostrando que las nanopartículas pueden conferir propiedades catalíticas ventajosas a materiales de bajo costo que, en sus estructuras normales, no presentan gran interés como catalizadores.
Sin embargo, aún está lejana la posibilidad de sustituir de manera significativa los catalizadores convencionales por catalizadores nanoestructurados, en primer lugar por las actuales dificultades de obtener estos últimos en cantidad suficiente. Por ejemplo, es sabido que un solo establecimiento petroquímico utiliza alrededor de 50 toneladas de catalizadores. Parece más realista prever la utilización industrial de los nuevos catalizadores en el sector farmacéutico, que opera con cantidades de materiales muy inferiores para producir moléculas de alto valor agregado.
Ya en 1989 fue sintetizado en la Mobil un silicato mesoporoso, el MCM-41, la dimensión de cuyos poros puede controlarse entre 1,5 y 10 nm, y diez años después del descubrimiento de este proceso, aparecen los primeros productos comerciales, en el campo de la catálisis, de la filtración y de la separación de compuestos. Para dar una idea del impacto económico, este tipo de nanomateriales se utiliza para procesar más de 7 millones de barriles de petróleo.

Figura 12. Esquema de la estructura (a la derecha) y fotografía en microscopio electrónico de transmisión del material nanoestructurado MCM-41.

Aparece así como muy probable en plazos medios-largos que los catalizadores se transformen en una de las aplicaciones más importantes de las sustancias nanoestructuradas.

5.5. Empleo en sectores específicos

5.5.1. Microelectrónica y tecnologías de la información

En el parágrafo 3.2 se hizo una referencia general a la contribución de las nanotecnologías a la electrónica y a las tecnologías de la información. En lo que sigue se señalan algunas previsiones que se han hecho recientemente para los próximos diez años.
La SIA (Semiconductor Industry Association, de EEUU) ha hecho algunas previsiones limitando el progreso tecnológico en el sector a una escala de 100 nm, no muy lejana de la de los actuales procesos. Si bien se prevén progresos importantes en las prestaciones de los sistemas de procesamiento de la información, con significativas reducciones de costos, no se hacen hipótesis sobre los efectos de posibles procesos a escala nanométrica. En vez, un estudio patrocinado por el Science and Technology Council de la Presidencia de los Estados Unidos, prevé para los próximos diez años la concreción de los siguientes dispositivos y sistemas cuyo desarrollo estará fuertemente condicionado por los progresos de las nanotecnologías:
- Microprocesadores nanoestructurados, que continuarán con la tendencia de mejora continua de las computadores, que podrían llegar a ser un millón de veces superiores a los actuales (ver Tabla 1, en 3.2).
- Sistemas de comunicación en bandas diez veces más anchas que las actuales, con efectos muy profundos en la industria y en los servicios (financieros, de seguros, instrucción pública, salud, defensa, etc.).
- Sistema de almacenado de la información con dimensiones cada vez más reducidas, y capacidad más de mil veces superior a la actual.
- Sistemas integrados de nanosensores capaces de relevar, procesar y transmitir cantidades masivas de información, con dimensiones, peso y consumo de energía cada vez más reducidas.

Los sistemas mencionados, cualquiera sea el grado de desarrollo que logren alcanzar, influenciarán no solamente a los sectores de la producción y esquemas de consumo de bienes y servicios, sino
cada aspecto de la vida cotidiana, como ya ha ocurrido con los progresos alcanzados hasta hoy en el sector de la microelectrónica y de las tecnologías de la información.

5.5.2. Industria automotriz

Esta industria, por sus dimensiones y sus rígidos esquemas de costos, puede tener un papel extremadamente importante en la difusión de los cambios innovativos (nuevos materiales y procesos, nuevos sistemas de control y otros). Tales cambios, nacidos a menudo en sectores de punta sin fuertes restricciones de costos, dan origen a mercados inicialmente muy limitados. Si los cambios son adoptados por la industria automotriz, el mercado se expande rápidamente, difundiéndose a otros sectores, dando origen a actividades económicas de notable entidad.
Es ilustrativo el ejemplo de los materiales compuestos, creados para satisfacer las exigencias de la industria aeroespacial. Estos materiales, oportunamente modificados en sus prestaciones y costos, han sustituido a los metales en muchos componentes de la carrocería; la demanda de materiales compuestos para los usos más variados ha crecido tanto como para devenir una actividad económica vasta y compleja, con numerosos segmentos, incluidos aquellos relacionados con la recuperación y el reciclado en gran escala. Situaciones similares se están desarrollando con la adopción de dispositivos electrónicos, sensores y catalizadores.
Las nanotecnologías incidirán sobre el desarrollo de nuevos materiales y sistemas que la industria del auto deberá adoptar en el futuro cercano; esta industria representará un salto en la expansión del mercado de materiales y sistemas nanoestructurados. Los progresos de las nanotecnologías podrán resultar así el elemento crucial de nuevas actividades económicas de notables dimensiones. Se mencionan a continuación algunos ejemplos que tienen que ver en particular con el sector de electrónica para los automóviles. La adopción de nanotecnologías en este sector conducirá a sistemas con prestaciones más elevadas que las obtenibles mediante las tecnologías microelectrónicas, con reducción de los costos por unidad de prestación (ver Tabla 1 en 3.2). Además, tratándose de un sector bastante bien delimitado, existen indicaciones cuantitativas que ejemplifican los efectos dimensionales de esta industria también sobre otros sectores más diversificados, para los cuales dichas indicaciones cuantitativas no existen, pero que de todas maneras estarán interesados en el progreso de estas tecnologías.
- En 1995, el sector de electrónica para el automóvil representaba, en todo el mundo, una facturación total de alrededor de cien mil millones de dólares. En el quinquenio 1995-2000, se ha duplicado el número de dispositivos electrónicos utilizados en el sector del automóvil en todo el mundo, pasando de 100 a 200 millones de unidades. En el mismo período, el "contenido electrónico" ha pasado del 5% al 15-20% del costo de un vehículo de la franja medio-alta.
- En 1997 se fabricaron en los países de la Unión Europea más de 13 millones de autos, con un promedio de 5 a 6 sistemas electrónicos cada uno. Hoy, un automóvil moderno de la franja más alta contiene más de 20 sistemas electrónicos diversos, que implican el uso de 25 a 50 microprocesadores.
- En lo que respecta a sensores de diversos tipos, el número medio por vehículo, que oscila entre 10 y 15, se prevé que aumentará a 24 en el 2002.

Considerando la actual producción europea, de alrededor de 14 millones de vehículos , se puede prever que, sólo en Europa, la industria automotriz utilizará unos 300 millones de sensores de todo tipo.

Otros progresos previsibles gracias a las nanotecnologías:
- Nuevos materiales poliméricos y cerámicas livianas, de alta resistencia química y estructural, adaptados para cumplir funciones termomecánicas.
- Recubrimientos superficiales de cojinetes y otras partes móviles sometidas a abrasión y desgaste. De particular interés son los recubrimientos autolubricantes que reducirán sustancialmente el uso de aceites y otros lubricantes.
- Nuevos catalizadores de alta eficiencia, químicamente selectivos, fabricados con materiales nanoestructurados de elevada área superficial. - Sistemas a emisión de campo utilizables en los sistemas de encendido de alta eficiencia.
- Pinturas a base de nanopartículas con mejoramiento de la dureza al rayado, la durabilidad y el color de las superficies pintadas.

5.5.3. Energía y ambiente

Los problemas relacionados con las fuentes de energía y con la contaminación ambiente se cuentan entre los más graves que debe afrontar hoy en día la sociedad, industrializada o no. Las nanotecnologías serán un instrumento preciado para encarar estos dos problemas, estrechamente relacionados, ofreciendo soluciones técnico-económicas de gran eficacia. Estas soluciones se alinearán sobre las dos siguientes directrices:
- mejor aprovechamiento de fuentes de energía renovables
- reducción del consumo de energía y de los efectos sobre el ambiente en los procesos industriales, en el transporte, y en el sector habitacional.
Las nanotecnologías pueden proporcionar, en el corto y mediano plazo, una contribución sustancial a la disponibilidad de energías limpias gracias a la posibilidad de utilizar películas nanoestructuradas en los sistemas de conversión fotovoltaica de la energía solar. Estas películas, realizadas con materiales semiconductores (silicio, óxidos metálicos), pueden aumentar en forma sustancial el rendimiento de la conversión, con la subsiguiente reducción de los costos, contribuyendo así a la difusión de los sistemas fotovoltaicos, obstaculizada en la actualidad por el elevado costo de los sistemas de conversión disponibles.
Sin embargo, la contribución más importante de las nanotecnologías a la solución de los problemas energéticos y ambientales se relaciona con la reducción del consumo de energía y de sus efectos sobre el ambiente. Estas tecnologías, en efecto, pueden contribuir de manera directa, por medio de sistemas de sensores inteligentes, con los cuales será posible mejorar el monitoreo de los procesos industriales y los efectos nocivos sobre los ambientes interno y externo, así como elaborar en tiempo real respuesta correctivas adecuadas. La disponibilidad de sensores nanoestructurados, de una electrónica cada vez más sofisticada y de catalizadores de alta eficiencia tendrán, en conjunto, un notable efecto mejorador de la eficiencia energética y ambiental en los procesos industriales, en los medios de transporte y en el sector habitacional (basta pensar en las "casas inteligentes" , con control automatizado de la climatización, de los electrodomésticos y de la iluminación).
A esta contribución directa, indudablemente relevante, se suma una contribución indirecta, no menos relevante, a través de los materiales. En efecto, el comportamiento de estos últimos condiciona fuertemente el rendimiento energético de la mayor parte de los sistemas utilizados por la sociedad humana: la aislación térmica de plantas y edificios industriales y civiles (materiales aislantes y no nocivos); medios de transporte y estructuras móviles en general (materiales livianos y mecánicamente resistentes); máquinas térmicas, desde los motores a explosión hasta las turbinas de gas, incluyendo las plantas térmicas de generación de energía eléctrica (materiales resistentes a las altas temperaturas en atmósferas agresivas). Menos evidentes son las pérdidas de energía debidas a la fricción y al desgaste, cuyo daño económico global en una economía industrializada ha sido estimado en un 6% del PBI.
Los importantes progresos realizados en el campo de los materiales en los últimos treinta años, ocurridos también gracias a un enfoque basado cada vez más en conceptos científicos de base (ver 3.1), han contribuido de manera determinante a aumentar la eficiencia energética global de las economías industrializadas. Pero serán necesarias aún nuevas mejoras, y no se podrá hacer a menos de soluciones altamente innovativas a los problemas de los materiales que obligarán a recurrir a las nanotecnologías. Estas permitirán, en efecto, desarrollar materiales resistentes ultralivianos diferentes de los utilizados hasta ahora, componentes basados en materiales para trabajos a alta temperatura menos frágiles y de fabricación más sencilla, artículos y recubrimientos superficiales autolubricantes o al menos con mayor resistencia a la abrasión y al desgaste.
En el período que va de la primera crisis energética, en el 1973, hasta hoy, el consumo de energía por unidad de PBI se ha reducido globalmente en más del 40% en casi todas las economías industrializadas. Esta reducción obedece a una multiplicidad de factores. Los progresos en el campo de los materiales realizados en dicho período han hecho posible un enfoque cada vez más eficiente y funcional de los diseños de máquinas y sistemas, lo que se ha traducido en un aumento generalizado de la eficiencia energética. Este aumento, sin embargo, resulta hoy insuficiente, considerando también el hecho de que el consumo de energía , con sus respectivos reflejos sobre el ambiente, continúa y continuará aumentando en valor absoluto, y de manera más acentuada a nivel global. Para lograr mayores incrementos en la eficiencia energética hacen falta soluciones técnicas de avanzada, que involucran, directa o indirectamente, la tecnología de los materiales. La contribución de las nanotecnologías será indispensable, y originará una demanda de nuevos productos y servicios de notable importancia.

5.5.4. Tecnologías para la vida, salud y asistencia a las personas discapacitadas

El comportamiento de los bloques moleculares que constituyen los seres vivos (proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, hidratos de carbono y otros) dependen de sus dimensiones y estructuras a escala nanométrica. La investigación de estos sistemas requiere un enfoque multidisciplinario, en el cual convergen conocimientos y métodos de la física, de la química, de la biología, metodologías sofisticadas como la simulación mediante modelos matemáticos y, no menos importantes, las nanotecnologías. Estas hacen posible la investigación sobre los problemas fundamentales de la materia viva, de otra manera difíciles de estudiar.
El arsenal de conocimientos de que se dispone está dando también frutos preciados en campos de notable importancia como la medicina humana y veterinaria, la farmacología, la agricultura. Nos limitaremos aquí a dar algunos ejemplos.

- Lab-on-a-chip ("laboratorio en una plaquita"). Se trata de un dispositivo miniaturizado para la realización de análisis clínicos que utiliza cantidades pequeñísimas de muestra y suministra resultados en breve tiempo sin la intervención del laboratorio de análisis. El sistema, realizado imitando la tecnología de la microelectrónica, consiste en un sustrato de vidrio de sílice u otra composición, o de un material polimérico, que presenta múltiples canales a través de los cuales se dirigen microcantidades del fluido a analizar hacia los puntos sensibles donde se lleva a cabo el análisis. Estos dispositivos, en muchos casos aún en etapa de experimentación, se construyen actualmente en escala micrométrica (ver figura 18).

Figura 13. El "lab-on-a-chip" producido por Aclara Biosciences (California) para análisis de DNA y RNA a través de un sistema específico de microcanales.

En Alemania se ha iniciado recientemente la experimentación a nivel comercial de un dispositivo similar, realizado con tolerancias nanométricas, y para el cual se informa una mejora significativa de la funcionalidad y de las prestaciones . Si bien el dispositivo debería ser del tipo descartable, esta posibilidad no es compatible con los costos actuales. No se dispone de datos sobre el dispositivo alemán , pero en Gran Bretaña se estima que el costo actual puede estar alrededor de las 1.200 a 1.300 Libras esterlinas. La experiencia con la microelectrónica sugiere que los costos disminuirán rápidamente, teniendo en consideración la gran variedad de usos que pueden tener estos sistemas. Por ejemplo, como laboratorio miniaturizado portátil capaz de llevar a cabo en breve tiempo análisis clínicos, incluyendo los relativos al DNA; análisis de productos alimenticios capaces de detectar la presencia de constituyentes tóxicos o modificados genéticamente. Se prevé también un amplio uso en la investigación farmacológica para estudiar la reacción de células aisladas frente a nuevos fármacos. El estudio de la NEXUS ya mencionado (ver tabla 2) estima que en el 2002 el mercado mundial de éstos dispositivos será del orden de los mil millones de dólares.

- Las nanopartículas en el suministro dirigido de fármacos y otros medios de curación. Las nanopartículas y los recubrimientos superficiales nanoscópicos permiten suministrar fármacos en modo dirigido directamente a las células enfermas. El tratamiento farmacológico en este caso es más eficaz y presenta menos efectos secundarios no deseados (baste pensar en los tratamientos quimioterápicos de enfermedades tumorales). Actualmente está en fase de experimentación el uso de nanopartículas en la cura de enfermedades genéticas como la fibrosis cística; en este caso las nanopartículas se utilizan para inyectar DNA sano en sitios celulares específicos para sustituir al gen defectuoso. También se halla en fase de experimentación el uso de nanopartículas magnéticas para guiar y posicionar los fármacos en sitios específicos mediante sistemas magnéticos externos. Partículas de este tipo pueden ser usadas también para efectuar acciones térmicas localizadas dn las células cancerosas; fijadas las partículas en las mismas, se procede a su calentamiento aplicando un campo magnético externo.
- Materiales para la reparación y regeneración de tejidos. Es conocido el hecho de que las células vivas, cuando están en contacto con una superficie, resultan fuertemente influenciadas por las características fisicoquímicas y por la morfología de la misma. Recientemente se está dedicando un notable esfuerzo a la investigación de superficies micro y nanoestructuradas capaces de promover el crecimiento controlado de células. Se puede dar origen así a tejidos que reemplacen a partes dañadas, o a favorecer la compatibilidad de prótesis y otros sistemas (por ejemplo sensores, sistemas de suministración localizada de fármacos) implantados en el cuerpo humano.
Las aplicaciones en los campos biológico y médico, además de su contribución al cuidado de la salud y de la calidad de vida en general, dan origen a nuevas actividades industriales y de servicios de notable valor económico. Si bien muchas de estas actividades (por ejemplo, la industria farmacéutica) exigen un esfuerzo en la investigación avanzada sólo posible para empresas grandes, a menudo transnacionales, quedan siempre amplios espacios para empresas de dimensiones pequeñas y medianas, que deberán valerse de la competencia científica disponible en las universidades y entes públicos de investigación.

5.5.5. Otros sectores

Son muchos los sectores utilizadores finales de metodologías, sistemas y materiales, que sufrirán profundas modificaciones gracias a la adopción de nanotecnologías. Tales modificaciones se traducirán en cambios radicales de tecnologías y funciones existentes y en la creación de otras enteramente nuevas. Otros sectores, no considerados en los ejemplos citados en los párrafos precedentes, como los financieros y de seguros, la administración pública, los sistemas de defensa, los medios y sistemas de transporte, y otros, se verán fuertemente influidos por los cambios que tendrán lugar con el pasaje progresivo de la microelectrónica a la nanoelectrónica o al empleo de nanosistemas con prestaciones de mayor nivel y menor costo comparados con los actuales microsistemas (microsensores, micromáquinas, microsistemas electromecánicos).
No resulta posible prever el efecto de conjunto de la adopción de soluciones nanotecnológicas en estos sectores, efecto que, según el Science and Technology Council de la Presidencia de los Estados Unidos, debería ser equivalente a aquél que han experimentado las tecnologías de la microelectrónica y de la información. Parece más realista, con todo, suponer que el efecto derivará principalmente de los cambios que tendrán lugar siguiendo las tendencias evolutivas de estas tecnologías, que implicarán necesariamente también la adopción progresiva de las manufacturas en escala nanométrica.

5.6. Las aplicaciones de las nanotecnologías presentes en los mercados o de cercana comercialización

Las aplicaciones señaladas en los párrafos precedentes se encuentran actualmente en estadios diversos de su desarrollo. Si bien por el momento son pocas las aplicaciones que se encuentran ya en el mercado, los ejemplos citados permiten prever que en el futuro, inclusive muy cercano, la demanda de tales aplicaciones crecerá rápidamente.
Se presentan a continuación algunas aplicaciones ya presentes en el mercado o cercanas a su introducción en el mismo, y aquellas que, previsiblemente, lo harán dentro de pocos años.

Entre las aplicaciones ya presentes en el mercado o de inminente aparición se pueden citar las siguientes:

- Sensores de gas destinados a detectar la presencia de gases nocivos en ambientes internos y externos, o de aromas que caracterizan la calidad de bebidas y productos alimenticios (" nariz electrónica").
- Sistemas fotovoltaicos de alta eficiencia para la conversión de energía solar.
- Nuevos materiales de elevada relación resistencia /masa para aplicaciones aeroespaciales, en ingeniería biomédica y en medios de transporte.
- Embalajes inteligentes de productos alimenticios que indiquen el estado de conservación.
- Pantallas de televisión más livianas y funcionales.
- Técnicas diagnósticas basadas en el sistema " Lab-on-a-chip".
- Cosméticos para protección de la radiación solar.
- Tratamientos superficiales de protección de piezas metálicas y de vidrios ópticos (mejoramiento del comportamiento frente a la fricción y al desgaste, y aumento de la resistencia a la abrasión y al rayado).
- Materiales poliméricos nanocompuestos para embalaje de productos alimenticios de mayor impermeabilidad.
- Materiales para filtración y catálisis de hidrocarburos .
- Vidrios autolimpiantes

Se prevé que en el mediano plazo (unos cinco años) podrán estar en el mercado las siguientes aplicaciones:

- Recubrimientos superficiales con mayor resistencia a la corrosión, a la fricción y al desgaste.
- Herramientas de corte de altísima tenacidad y fragilidad reducida.
- Pantallas planas para televisión basadas sobre la electrónica de polímeros.
- Nuevas prótesis y otros implantes para su implantación in vivo.
- Técnicas de trabajado de partes para la micromecánica y la microelectrónica a escala de 100 nm.

6. NANOTECNOLOGÍAS Y DESARROLLO INDUSTRIAL

6.1. Las nanotecnologías como sector industrial

Los cambios tecnológicos radicales, como las nanotecnologías, producen efectos socioeconómicos importantes en gran escala a través de un proceso de difusión en una amplia variedad de sectores industriales y de servicios, dando origen a productos y procesos nuevos o profundamente modificados.
El proceso de difusión para las nanotecnologías se encuentra en la actualidad en sus fases iniciales, aún en los países más evoluciona dos tecnológicamente. En consecuencia, expresiones tales como " escala industrial" , o " sector de las nanotecnologías" no tienen el mismo significado que en el caso de los sectores de actividad ya consolidados, y no se dispone de estadísticas u otras informaciones que permitan una adecuada caracterización sectorial (mercados, facturación, ganancias, ocupación, u otros).
Con todo, en los países tecnológicamente más evolucionados² puede ya reconocerse un sector embrionario de las nanotecnologías en el cual comienzan a delinearse las características de la oferta y la demanda, incluyendo aquéllas relacionadas con la instrumentación científica de regulación y control de procesos, como se detalla a continuación.

6.1.1. La oferta

Actualmente se producen materiales y sistemas nanoestructurados mediante procesos originados en laboratorios de investigación capaces de producir sólo cantidades limitadas de productos y servicios basados en las nanotecnologías.
No debe por lo tanto sorprender el hecho de que la oferta de estos productos (por ejemplo polvos, materiales, dispositivos, con los servicios de asistencia técnica necesarios para su uso) se halle concentrada en pequeñas empresas de reciente constitución, nacidas en muchos casos en universidades o entes de investigación. Los investigadores-empresarios, por otra parte, no constituyen una novedad en los países tecnológicamente evolucionados (ver 6.3).
En lo que hace a las grandes empresas, su papel en la estructura de la oferta aparece por el momento en forma indirecta. De hecho, las actividades de investigación y desarrollo que desarrollan en la práctica todas las empresas líderes en sectores clave (electrónica, telecomunicaciones, química, defensa, farmacología, autotransporte) parecen dirigidas a integrar los progresos de estas tecnologías a sus productos finales, más que a operar directamente sobre el mercado de productos /servicios.
Las grandes empresas tendrán en todo caso un papel extremadamente importante en cuanto contribuirán a aumentar considerablemente la demanda de nanotecnologías. Esta demanda podrá ser satisfecha desde el interior de las mismas empresas, pero también a través de empresas pequeñas, las cuales podrán eventualmente beneficiarse del acceso a ciertas tecnologías que no podrían desarrollar por sí solas. No debe excluirse, por otra parte, que las grandes firmas promuevan la creación de nuevas iniciativas empresariales para operar en el mercado de las nanotecnologías, contribuyendo así a ampliar la oferta.

6.1.2. La demanda

Los utilizadores de productos y servicios nanoestructurados son ya numerosos, lo serán cada vez más, y darán por lo tanto origen a una demanda potencialmente elevada de estos productos. Los utilizadores reales o potenciales pueden ser empresas industriales o de servicios, pequeñas y grandes, así como grandes estructuras públicas (salud, transportes, administración pública).
Como sucede a menudo, cada vez que se adoptan cambios innovativos radicales la diferenciación entre el papel del productor y el del utilizador no es neta: el potencial utilizador muchas veces no está en condiciones de especificar completamente la solución que cree necesitar, y el productor no dispone de soluciones innovativas estándar o de alguna manera listas para el uso. La experiencia consolidada en el caso de materiales que hoy día pueden considerarse como tradicionales (como las aleaciones livianas o los materiales plásticos) y la más reciente con materiales avanzados (cerámicas estructurales, materiales compuestos) demuestra que las aplicaciones se desarrollan a través de una colaboración estrecha entre productor y usuario. El trabajo en común permitirá al productor de comprender en detalle las necesidades del utilizador y responder con soluciones apropiadas diseñadas "a medida" , colaborando asimismo en la definición y realización de las aplicaciones, incluido el diseño y las garantías de calidad y de seguridad. Por su parte, el utilizador adquirirá una comprensión adecuada de todas las fases de elaboración de las soluciones propuestas de manera de asegurar la adecuación recíproca entre lo que se quiere y lo que se puede lograr.
En otras palabras: el mercado de productos y servicios innovativos basados en las nanotecnologías existirá en la medida en la cual los productores sean capaces de desarrollar las aplicaciones en estrecha colaboración con los usuarios. Estos últimos, a su vez, podrán beneficiarse de los efectos que estos productos podrán tener sobre su competitividad, en la medida que sean capaces de definir de la mejor manera sus exigencias y las modalidades para satisfacerlas, en estrecha colaboración con los productores.

6.1.3. La instrumentación científica

En la consideración de numerosos campos científicos, industriales y biomédicos se olvida a menudo el papel de la instrumentación, papel sin duda fundamental; los instrumentos cada vez más sofisticados han permitido realizar descubrimientos en los campos más variados, de progresar de manera espectacular en el campo del diagnóstico médico e industrial, y de verificar el cumplimiento de los requisitos más severos de calidad y seguridad.
En el caso de las nanotecnologías, existe una relación muy estrecha con la instrumentación, articulada sobre tres niveles principales:

1. La demanda de instrumentación, que crecerá rápidamente como para permitir la difusión del empleo de soluciones nanoestructuradas;
2. La demanda de soluciones nanotecnológicas por parte de los sectores de la instrumentación científica, biomédica e industrial, que serán los beneficiarios más directos de los progresos en estas tecnologías, y
3. La posible participación en el negocio de la instrumentación tanto de las empresas existentes como mediante la creación de empresas nuevas.

En relación con el punto 3, debe recordarse que el sector de la instrumentación ha tenido origen en las iniciativas empresariales de investigadores y de personal técnico industrial, mediante las cuales se ha valorizado la experiencia en la construcción experimental de instrumentos. Diversas empresas estadounidenses y europeas, incluidas algunas de las más importantes (Perkin-Elmer, Hewlett Packard) han nacido justamente de esta manera (ver 6.3).
En la actualidad el sector de la instrumentación es muy vasto. Operan en él divisiones de grandes grupos industriales (Philips, Hitachi), y también empresas independientes de dimensiones media y pequeña, proponiendo al mercado una variedad muy amplia de productos y servicios. También la demanda es muy variable y por lo tanto deja importantes "nichos" para nuevas iniciativas.

6.2. Factores que condicionan el desarrollo industrial de las nanotecnologías.

Como ha sido ya señalado (ver 6.1), el desarrollo industrial de las nanotecnologías depende de su difusión en el sistema productivo. En efecto, es a través de la difusión que un cambio científico-tecnológico particular , quizás relevante dentro de un sector específico, se transforma en un conjunto de innovaciones con grandes implicancias socioeconómicas.
La difusión de un cambio innovativo es, sin embargo, un proceso complejo condicionado no sólo por factores tecnológicos y económicos que determinan, para los distintos sectores, la factibilidad y la conveniencia de adoptar tal cambio. Este proceso está también fuertemente influenciado por el contexto sociocultural y económico dentro del cual se desarrolla la difusión misma.

6.2.1. El contexto sociocultural y económico

No nos detendremos aquí sobre las complejas relaciones entre proceso innovativo y contexto sociocultural. Señalaremos solamente algunos elementos de este último cuya importancia es evidente: - La propensión al riesgo de individuos y empresas, que está en la base de una cultura empresarial favorable al aprovechamiento de las oportunidades ofrecidas por el progreso científico y los nuevos conceptos tecnológicos;
- La capacidad de los gobiernos de reconocer en la investigación y en la innovación instrumentos de desarrollo socioeconómico, colocándolos en la debida prioridad, tanto por asignación de los recursos, como por la gestión adecuada de los mismos.
- El funcionamiento del sistema financiero, que debe estimular la innovación en las empresas y el nacimiento de empresas de alta tecnología mediante instrumentos funcionales y eficaces, y
- La capacidad del sistema científico y universitario de interactuar con el sistema productivo de
manera de inspirar y favorecer el desarrollo de innovaciones y su difusión en la economía.

6.2.2. Factores técnico-económicos: las tecnologías de proceso y el desarrollo de los mercados.

Los productores de materiales y dispositivos nanoestructurados que operan actualmente en el mercado utilizan, en su mayoría, variantes de procesos puestos a punto en laboratorios universitarios o de entes de investigación. El equipamiento de proceso y de control es complejo, y debe ser operado por personal especializado. Las cantidades producidas son limitadas, y se está aún lejos de optimizaciones y de posibles economías de escala. Los costos son, por lo tanto y por ahora, elevados.
Existe sin embargo un elevado potencial de optimización de los procesos que debería aprovecharse actuando de manera integrada según dos directivas principales:
- La investigación de los procesos buscando, en particular, simplificar las tecnologías productivas y los métodos de observación y control, favoreciendo además las economías de escala, y
- El desarrollo de las aplicaciones, también para facilitar las economías de escala, mediante acciones eficaces de promoción y de asistencia al usuario potencial en las operaciones necesarias para el empleo seguro y económico de los productos nanoestructurados (proyectos, procesos intermedios y finales, controles, verificaciones).

Las estrategias industriales deberán ser dirigidas, por lo tanto, a activar un círculo virtuoso entre la reducción de los costos y el aumento de los consumos.
Las grandes empresas y, en especial, aquéllas que operan en los sectores de alta tecnología, disponen de conocimientos y medios para adoptar las soluciones nanotecnológicas necesarias para su competitividad y su ulterior desarrollo. No todas estas necesidades podrán ser satisfechas internamente y por lo tanto contribuirán significativamente al desarrollo de tecnologías y mercados. Más crítico aparece el caso de las empresas, especialmente si son pequeñas o medianas, que operan en sectores de producción masiva (mecánica y electromecánica, incluidos los electrodomésticos, las máquinas herramienta y las máquinas textiles; el vestido; la agroalimentaria; la cerámica y los materiales tradicionales para la construcción). Estas empresas requieren la prioridad más alta, ya sea porque deben realizar un salto cualitativo en su competitividad, ya sea porque operan en sectores de grandes dimensiones capaces de proporcionar una contribución importante a la demanda de tales soluciones.
Las nuevas empresas calificadas tecnológicamente que nacen del ámbito de universidades y de entes de investigación pueden ofrecer una contribución de gran valor a la difusión de las nanotecnologías y su consiguiente instrumentación.

6.3. Investigación y desarrollo industrial. La cooperación empresa /sistema científico-tecnológico como factor de éxito en los países desarrollados.

En el desarrollo industrial de las nanotecnologías, así como en el de otros campos innovativos, resulta esencial la colaboración entre las empresas y el sistema universidad/ institutos de I +D . Tal colaboración, por otra parte, no es un hecho nuevo: en el pasado ha producido contribuciones de gran importancia, no solo desde el punto de vista científico-tecnológico, sino también con la creación de riqueza y de trabajo altamente calificado.
Existe por lo tanto una experiencia bien consolidada en los países más desarrollados para traducir los resultados de la investigación realizada en los ámbitos universitarios a las actividades productivas altamente redituables. Las contribuciones de las universidades y entes científicos pueden materializarse principalmente en dos formas:
1. La creación de nuevas iniciativas empresariales que han dado origen a sectores de alto valor económico. Son muchos, en efecto, los investigadores que en los laboratorios universitarios han podido reconocer las oportunidades ofrecidas por los progresos científicos y tecnológicos y, transformándose en empresarios, han contribuido al nacimiento de sectores industriales como la química y la electrometalurgia, la electrónica, las telecomunicaciones, la instrumentación científica, médica e industrial. Actualmente son numerosas las iniciativas empresariales que han germinado en los ámbitos universitarios en base a las cuales se están desarrollando sectores altamente innovativos como materiales avanzados, informática avanzada y biotecnología.
2. La colaboración de las empresas, principalmente en actividades de investigación y desarrollo. Ni siquiera las grandes empresas líderes de sectores importantes pueden generar, por sí solas, todos los conocimientos necesarios para mantener un nivel apropiado de competitividad. En efecto, se ha demostrado, en base a relevamientos detallados sobre un gran número de grandes empresas en sectores diversos, en los países más desarrollados, que la capacidad de establecer formas idóneas de colaboración entre empresa y sistemas universidad /investigación es uno de los factores de éxito para las empresas más innovativas y competitivas. Este tipo de colaboración se vuelve indispensable para las empresas medianas y pequeñas que, no pudiendo sostener los costos de una actividad de investigación y desarrollo, deben no obstante mantener un adecuado nivel de innovación y competitividad.

La colaboración universidad e institutos de I +D /empresa en el campo de las nanotecnologías se está ya materializando con modalidades similares. Casi todas las empresas nuevas que operan en el sector han brotado del ámbito universitario ; por añadidura, cada empresa ya operante o que busque consolidarse, ya sea como productora , ya sea como utilizadora de soluciones nanotecnológicas, cualesquiera sean sus dimensiones, deberá obligadamente contar con el apoyo de una universidad o un instituto científico-tecnológico, o de ambos, empeñados en investigación de punta. La rápida evolución de los conocimientos en el campo de las nanotecnologías hace indispensable el acceso continuado a conocimientos permanentemente actualizados. Se requiere asimismo el acceso a instrumentación sofisticada, que la empresa puede no tener interés en adquirir, instrumentación que requiere, por otra parte, personal altamente calificado sea para su adquisición y puesta en marcha, sea para la interpretación calificada de los resultados.

7. NANOTECNOLOGÍAS Y MATERIALES EN LA ARGENTINA

7.1. Las tecnologías avanzadas y la situación actual.

Las tendencias del desarrollo tecnológico en los países avanzados producen diversos impactos en los países emergentes como la Argentina. El impacto más importante concierne a la industria manufacturera local que, aun dentro del cuado recesivo que viene sufriendo en los últimos años, siente la presión de la innovación y la necesidad de incorporar tecnologías avanzadas a sus procesos productivos para poder competir eficazmente en los mercados nacionales, regionales e internacionales con el fin de mejorar la calidad y prestaciones de sus productos, incrementar las exportaciones y contribuir a la disminución de las importaciones, mejorando así la balanza de pagos. Esta situación afecta a todo tipo de empresas, grandes o pequeñas y medianas, con la excepción de aquéllas ligadas a grupos internacio nales, que reciben los adelantos tecnológicos a través de esos vínculos.
Las dificultades para incorporar tecnologías avanzadas se incrementan al darse dentro de un proceso de cambio en las estructuras productivas y reestructuraciones internas a veces profundas, como, en muchos casos en nuestro país, el desmantelamiento de los laboratorios de investigación y desarrollo de muchas empresas. Uno de los efectos de esta situación es la pérdida de competitividad tanto externa como interna, así como el efecto negativo del retraso en adoptar o desarrollar tecnologías avanzadas - en este último caso debido a la importación de componentes de última generación - por parte de de la industria nacional, pérdida que se agudizará sin duda debido a las dificultades que afronta nuestro país.
La pregunta es, entonces: ¿por qué las nanotecnologías? Porque se trata de un campo del desarrollo tecnológico que se avizora de igual o quizás mayor importancia que la revolución microtecnológica de los años 80 y 90, que en Argentina perdimos; porque se está desenvolviendo con gran dinamismo, y porque involucra a una gran variedad de sectores productivos y en particular modo al de los materiales: metales y aleaciones, cerámicas y vidrios, plásticos y materiales compuestos. Estos materiales avanzados constituirán la base imprescindible para los nuevos componentes sobre los que se basarán los sistemas del futuro en todos los campos: electrónica, óptica, comunicaciones, energía, medios de transporte, sistemas de envases y embalajes, y muchos otros. El control de la microestructura, factor fundamental para la predeterminación de sus propiedades, extendido ahora al nivel nanométrico, constituyó una de las bases sobre las que se desarrolló la denominada "revolución de los materiales" que inicia con las nanotecnologías una nueva onda de desarrollo. Seguramente muchos productos que se están importando ya contienen materiales nanoestructurados que cumplen una o varias funciones, y sobre los cuales no siempre es fácil obtener información. Lo cierto es que la nueva etapa en el desarrollo de los materiales avanzados tendrá seguramente uno de sus más fuertes soportes en las nanotecnologías aplicadas a los materiales. La observación y el estudio de lo que está ocurriendo al respecto en otros países, tanto desarrollados como en un grado de desarrollo similar al nuestro, será sin duda muy útil para establecer líneas de acción.

7.2. Las nanotecnologías y el sector de ciencia y tecnología argentino.

Otro de los impactos de las tendencias del desarrollo tecnológico es el de estimular a los grupos de I + D locales a encarar proyectos tendientes a adquirir experiencia en el tema, formar recursos humanos, investigar aspectos básicos del mismo y llevar a cabo desarrollos, autogenerados o por convenios con empresas.
En Argentina se ha reconocido desde hace tiempo la importancia de las nanotecnologías, particularmente en el área de las biotecnologías, en la cual hay una importante actividad; como en el resto de este trabajo, aquí nos referiremos exclusivamente al campo de los materiales. Dicha importancia fue reconocida en el estudio realizado por la Secretaría de Ciencia y Tecnología (SECYT) en el trabajo "La investigación científica y tecnológica en Argentina - Diagnóstico e identificación de áreas de vacancia" , una encuesta a nivel nacional donde participaron prácticamente la totalidad de universidades y centros del área de I +D, y publicado en 1999. En el capítulo correspondiente a Ciencia de Materiales (subdividido en tres sectores: materiales metálicos, materiales poliméricos y materiales inorgánicos no metálicos), se incluyó a los materiales nanocristalinos en primer lugar en el área con nivel de desarrollo altamente insuficiente, que por lo tanto debería ser objeto de un estímulo particular. Así se lo ha reconocido en ocasión de la distribución de los subsidios de la SECYT para I +D en los años sucesivos (aunque debido a los recortes presupuestarios previstos para 2002 dicha ayuda será de alcance limitado). Es de hacer notar que las perspectivas de obtener cooperación internacional para incrementar las actividades de I + D en tecnologías relacionadas con los materiales chocan con su carácter fuertemente estratégico, y con la elevada concentración de su desarrollo y aplicación en manos de pocos y grandes grupos multinacionales. Pero pese a las dificultades mencionadas, y a los problemas de todo tipo que está encarando nuestro sector científico tecnológico, se trabaja sobre el tema en diversos grupos de buen nivel y con equipamiento avanzado, y este hecho puede - y debe - sentar las bases de una cooperación mucho más estrecha con el sector industrial, que puede obtener de ellos el apoyo que necesitan en servicios, información, estudios de todo tipo, y desarrollos en distintos niveles.
Si bien algunas empresas muestran interés en estar informadas sobre el tema, no siempre tienen algún proyecto propio, y la situación descripta representa una oportunidad para las mismas de aprovechar estos recursos humanos e instrumentales y examinar las posibilidades de actualizar sus procesos productivos, o bien ampliar su gama de productos, incorporando nanotecnologías apropiadas.
Esta situación representa también un desafío para el sector de C y T, que puede vincularse a las empresas mediante desarrollos de riesgo compartido u otros mecanismos de vinculación tecnológica, incluyendo aportes de origen externo que se concreten en la incorporación de estas tecnologías llave en mano, en la instalación de equipos e instrumental con tecnología incorporada, o en otras formas de transferencia de tecnología. Un área de particular interés, por ejemplo, es el estudio de la posibilidad de utilizar materias primas de origen local, incluyendo su adecuado procesamiento. Lo que sí deberá cuidarse, tanto en la definición de las líneas de acción prioritarias como en la elaboración de proyectos, es que ellos respondan a verdaderas necesidades de nuestro sector productivo y contribuyan a la solución de problemas ligados a nuestro desarrollo social e industrial. Aún dentro de las dificultades presentes, hay una base de recursos humanos e instrumentales que hace posible avanzar en esa dirección.

7.3. Instituciones y universidades donde se trabaja en nanotecnologías.

La información que se presenta aquí sintetiza las actividades en este campo que se llevan a cabo , prácticamente en su totalidad, en universidades e institutos de investigación estatales, y mayoritariamente con financiación del estado. Se mencionan a continuación aquéllas instituciones de los cuales se ha podido disponer de información. Se indica el nombre del grupo y la institución a la cual pertenece, y la dirección de correo electrónico, y en forma sintética el tema del trabajo en el área de las nanotecnologías y los principales equipamientos específicos con que cuenta.

- CENTRO ATÓMICO BARILOCHE (CAB) - COMISIÓN NACIONAL DE ENERGÍA ATÓMICA (CNEA) - PROYECTO NANOCIENCIAS
zysler@ cab.cnea.gov.ar delacruz@cab.cnea.gov.ar
Obtención y medición de propiedades magnéticas y de transporte de
nanopartículas y películas delgadas nanoestructuradas.
Equipamiento para bajas temperaturas; microscopía de fuerza magnética y atómica.

- CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO EN ELECTRODEPOSICIÓN Y PROCESOS SUPERFICIALES - (CIEPS) - INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGÍA INDUSTRIAL (INTI)
moina@inti.gov.ar
Electrodeposición de núcleos nanodimensionales de aleaciones metálicas magnéticas sobre n-Si.
Microscopio electrónico de barrido con unidad de barrido dual de microscopía de fuerza atómica y microscopía de fuerza magnética.

- CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO EN TELECOMUNICACIONES, ELECTRÓNICA E INFORMÁTICA (CITEI) - INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGÍA INDUSTRIAL (INTI)
lili@inti.gov.ar
Óxidos semiconductores nanoestructurados para sensores de gases.
Sistema automático de mezcla de gases.

- FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES (FCEN) - UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES (UBA) - centro de microscopia avanzada, calvo@q1.fcen.uba.ar, cem@df.uba.ar
Electroquímica molecular. Nanotransistores poliméricos.

- INSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIONES FÍSICOQUÍMICAS (INIFTA) - UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATA (UNLP) - Laboratorio de Nanoscopías, ajarvia@inifta.unlp.edu.ar
Nanoestructura de superficies: 24 trabajos publicados en revistas internacionales con arbitraje
Dinámica de nanoestructuras: 36 ídem.
Preparación de nanopartículas: 7 ídem.
Nanofabricación de estructuras ordenadas: 3 ídem.
Tres equipos STM y un equipo AFM. Todos operando en aire, líquidos y soluciones electrolíticas.

- INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGÍA DE MATERIALES (INTEMA) - UNIVERSIDAD NACIONAL DE MAR DEL PLATA (UNMDP), williams@fi.mdp.edu.ar - cmaldao@fi.mdp.edu.ar
Síntesis y caracterización nanoestructural de materiales híbridos basados en silsesquioxanos - Ataque químico, deposición y crecimiento en Si(100).
Microscopio de efecto túnel Nanoscope II

- IFIR - UNIVERSIDAD NACIONAL DE ROSARIO (UNR) - FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIA (FCEEIyA) - Laboratorio de materiales cerámicos.
oski@fceia.unr.edu.ar ; oski@unrctu.edu.ar
Síntesis de nanopartículas semiconductoras (PbS, Hg2S, CdS) y metálicas (Au,Pt), mediante técnicas en fase líquida (micela inversa) para uso en guías de ondas.
Microscopio de fuerza atómica, modos contact y tapping.

- PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN EN SÓLIDOS (PRINSO) - CITEFA - CONICET, walsoe@citefa.gov.ar
Síntesis de polvos nanocristalinos y películas gruesas nanoestructuradas de óxidos de Zr, Y, Sn y Ce por gelificación-combustión.
En colaboración con CITEI - INTI.

8. REFERENCIAS

Se indican a continuación algunas fuentes de información y bibliografía para consultar.

- Anónimo: "Nanotecnología. La marcha hacia la revolución final". Information Technology N° 54,
Mayo 2001, p. 76 - 82.

- BEALL, G.H. and PINCK, L.R.: " Nanophase Glass-ceramics". J. Amer. Ceram. Soc. 82,1, p. 5-16 (1999).

- COLLINS. P.G.: y Avouris, P. "Introducción de los nanotubos en el dominio de la electrónica".
Investigación y Ciencia, Febrero 2001, p. 12 - 20.

- DREXLER, K. E.: "Nanotecnologías. El surgimiento de las máquinas de la creación". (Trad. del inglés). Editorial Gedisa, Barcelona, 1993.

- GOLOVCHENKO, J. A.: "The tunneling microscope: a new look at the atomic world". Science, Vol. 232, April 1986, p. 48 - 53.

- LIEBER, C. M.: " The incredible shrinking circuit" . Scientific American Vol. 285 N° 3, September 2001, p. 51 - 56.

- NEVES, B.R.A.; VILELA, J.M.C. e ANDRADE, M.S.: "Microscopia de varredura por sonda mecânica: una introduçao".
Cerâmica Vol. 44, N° 290, Dec. 1998, p. 1-14.

- OTTERSTEDT, J.-E. and BRANDRETH, D.A.: "Small particle technology", Plenum Press, New York (1998).

- ROUKES, M. : "Plenty of room indeed". Scientific American Vol. 285 N°3, September 2001, p. 42 - 49.

- ROUKES, M. : "Nanoelectromechanical systems face the future". Physics World, Vol. 14 N° 2, February 2001.

- RUGAR, D.and HANSMA, P.: "Atomic force microscopy". Physics Today, October 1990, p. 23-30.

- STIX, G.: " Little big science". Scientific American Vol. 285 N° 3, September 2001, p. 26 - 31.

- UNION EUROPEA: Proyecto MINATECH "Micro and Nanotechnologies". Mayo 2001.

- WHITESIDES, G. M. and CHRISTOPHER LOVE, J.: "The art of building small". Scientific American
Vol. 285 N°3, September 2001, p. 33 - 41.

Algunos sitios web de interés (anteponer en todos los casos: www).

Manuscrito recibido el 21 de noviembre de 2001.