Autoensamblaje molecular en biomateriales

La Física del Fallo (FdF) es un enfoque de la ingeniería de la fiabilidad que utiliza los conocimientos de la ciencia de los materiales y la física para comprender y modelizar los mecanismos que originan los fallos. En lugar de basarse únicamente en datos estadísticos de fallos anteriores, se centra en la predicción de fallos mediante el análisis de los procesos físicos (por ejemplo, fatiga, corrosión, fluencia) que conducen a la degradación y la rotura.

El efecto cuántico del tamaño describe el fenómeno por el cual las propiedades electrónicas y ópticas de un material cambian a medida que su tamaño se aproxima a la nanoescala. Cuando las dimensiones de un material son comparables a la longitud de onda de Broglie del electrón, se produce un confinamiento cuántico. Esto cuantiza los niveles de energía del electrón, dando lugar a una brecha de banda que depende del tamaño, [latex]E_g(R) \approx E_{g,\b\u\lk} + \frac{\hbar^2\pi^2}{2R^2}(\frac{1}{m_e^*} + \frac{1}{m_h^*})[/latex].

La norma ISO 5725 define la exactitud como la combinación de veracidad y precisión. La veracidad es la proximidad de la media de una gran serie de mediciones al valor de referencia aceptado, cuantificando el error sistemático o sesgo. La precisión es la concordancia entre un conjunto de resultados, que cuantifica el error aleatorio. Así pues, la exactitud requiere tanto una veracidad como una precisión elevadas.

La síntesis descendente implica la creación de nanomateriales partiendo de un material más grande y voluminoso, descomponiéndolo o modelándolo a escala nanométrica. Las técnicas clave incluyen métodos mecánicos como el fresado de bolas y métodos litográficos como la fotolitografía, la litografía por haz de electrones y la litografía por nanoimpresión. Estos métodos se utilizan a menudo para crear superficies estructuradas y circuitos integrados, pero pueden presentar imperfecciones superficiales.

La electrónica molecular explora el uso de moléculas individuales o conjuntos moleculares a escala nanométrica como componentes electrónicos fundamentales. Este enfoque busca construir circuitos en el límite máximo de la miniaturización, mucho más allá de la tecnología tradicional basada en silicio. Los componentes clave incluyen cables moleculares, interruptores y rectificadores, aprovechando propiedades de la mecánica cuántica, como el efecto túnel de electrones a través de orbitales moleculares, para su funcionamiento.

Las baterías de iones de litio funcionan mediante un mecanismo de intercalación, una inserción reversible de iones en un material huésped estratificado. Durante la descarga, los iones de litio ([latex]Li^+[/latex]) se desintercalan de un electrodo negativo (ánodo), normalmente grafito, y se desplazan a través de un electrolito no acuoso para intercalarse en un electrodo positivo (cátodo), normalmente un óxido metálico. Los electrones viajan por el circuito externo, creando corriente.

Un transistor de un solo electrón (SET) es un dispositivo de conmutación que utiliza tunelización controlada de electrones para manipular el flujo de electrones individuales. Consiste en un punto cuántico (la «isla») acoplado a los cables de fuente y drenador mediante uniones túnel, y acoplado capacitivamente a un electrodo de puerta. Su funcionamiento se basa en el efecto de bloqueo de Coulomb, lo que le proporciona una sensibilidad extrema y un bajo consumo de energía.

Los nanotubos de carbono (CNT) son moléculas cilíndricas de láminas enrolladas de átomos de carbono monocapa (grafeno). Pueden ser de pared simple (SWCNT) o multipared (MWCNT). Sus propiedades son extraordinarias, incluyendo una excepcional resistencia a la tracción (~100 GPa), alta conductividad eléctrica y alta conductividad térmica. Su comportamiento electrónico (metálico o semiconductor) depende de su quiralidad, es decir, del ángulo de enrollamiento de la red de grafeno.

La relatividad general predice que la aceleración de las masas genera ondas en el tejido del espacio-tiempo, llamadas ondas gravitacionales. Estas ondas se propagan a la velocidad de la luz, transportando energía en forma de radiación gravitacional. Se crean por eventos cósmicos catastróficos, como la fusión de agujeros negros o estrellas de neutrones, que provocan que el espacio-tiempo se estire y se contraiga a su paso.