Responsable: CLAUDIA ELIZABETH GUTIERREZ WING
Determinar el efecto de la radiación en la estructura y propiedades ópticas de nanopartículas y nanoestructuras unidimensionales de Au y Ag, así como de nanocompositos de estas en matrices poliméricas y de óxidos metálicos
El desarrollo actual de la industria basada en nuevas tecnologías y la generación de nanomateriales con características y propiedades específicas ha permitido la incorporación de nanopartículas, nanoestructuras unidimensionales y nanocompositos en la elaboración de productos de uso común y de aplicación especializada (cosméticos, sensores, catalizadores, componentes electrónicos, etc.). Esto se debe a que las propiedades de los materiales cuando sus dimensiones son de unos cuantos nanómetros (1-100 nm convencionalmente), ya sea por efectos de superficie y/o tamaño, permiten mejorar o ampliar el espectro de aplicaciones respecto a los materiales convencionales, así como generar sistemas con nuevas funcionalidades. A partir de estos se han diseñado diversos productos, como recubrimientos, dosímetros, celdas solares o nuevos catalizadores. Así mismo, se ha planteado la posibilidad de utilizar nanomateriales para biomarcado, detección y tratamiento de cáncer, mismos que a partir de su interacción con diferentes tipos de radiación, permitirían la eliminación del tejido canceroso. Diversas aplicaciones como las citadas anteriormente, están diseñadas para que los nanomateriales estén expuestos al medio ambiente y diferentes tipos de radiación, sin embargo, el conocimiento e información relacionados con los efectos ocasionados por la radiación en nanomateriales, aún son limitados, encontrando con mayor frecuencia el uso de la radiación para la síntesis de nanomateriales. En este sentido, de manera reciente se ha incrementado el interés por entender los fenómenos involucrados en la interacción de radiación con nanomateriales, la cual transfiere energía al material que puede ser suficiente para modificar su morfología y estructura. Dicha modificación podría ocasionar a su vez un cambio en propiedades, dependiendo del tipo de material así como de la naturaleza de la radiación incidente, temperatura ambiente, historia térmica del material, contenido de impurezas, razón de dosis de radiación, etc.
Con el fin de poder determinar el tipo de aplicaciones, tiempo de uso y rendimiento de los productos basados en nanomateriales al estar expuestos a la radiación, es necesario conocer el efecto que se produce en ellos en función del tipo y dosis de radiación. El desarrollo de este proyecto está enfocado al avance del conocimiento de los efectos de la radiación, en nanopartículas (0-D), nanoestructuras unidimensionales metálicas (1-D) y nanocompositos basados en oro y plata con matrices poliméricas y de óxidos metálicos, analizando su estructura, morfología, propiedades ópticas después de ser irradiados. En este caso se analiza el efecto de la interacción de radiación UV, gamma y de un haz de protones.
Los participantes de este proyecto han adquirido experiencia en la síntesis y caracterización de los nanomateriales de interés para esta investigación, incluyendo la síntesis de nanopartículas y nanoestructuras unidimensionales metálicas por diferentes técnicas, entre ellas las basadas en métodos coloidales y sol-gel; la elaboración de nanocompositos en matrices poliméricas y de óxidos metálicos, ya sea por impregnación o adición durante la síntesis. Así mismo, se tiene experiencia en el análisis de dichos nanomateriales por medio de diversas técnicas de microscopía electrónica (barrido, transmisión convencional y de alta resolución, barrido por transmisión, espectroscopía por dispersión de energía de rayos X), por difracción de rayos X (DRX) y espectroscopía UV-Vis. Por otra parte, se cuenta con la participación de expertos en el área de ciencias nucleares con experiencia en la irradiación de materiales y temas relacionados con fenómenos involucrados en la interacción radiación-materia, permitiendo acoplar las áreas del conocimiento necesarias para la realización de esta investigación.
En las etapas anteriores del desarrollo de este proyecto se sintetizaron nanomateriales con diferentes características de tamaño, morfología y composición, realizando estudios preliminares que permitieron establecer un diseño de experimentos viable para la irradiación de los nanomateriales, incluyendo el estado físico de las muestras en estudio.
Con base en la experiencia adquirida, se ha continuado en este proyecto con el estudio de los efectos de la radiación gamma, de neutrones y un haz de protones, en la estructura y propiedades ópticas de los nanomateriales en estudio. Se realizaron estudios teóricos por simulación dinámica molecular del proceso de irradiación a nanopartículas de oro.
Dado que diversos tipos de nanomateriales se han propuesto para formar parte de productos tanto de uso común como especializado, el determinar los efectos de la radiación tal como UV, Gamma y de Protones, en su morfología, estructura, composición y propiedades como absorción óptica, permitirá establecer los alcances y limitaciones en las aplicaciones de dichos materiales en donde requieren estar expuestos a diferentes estos tipos de radiación. Por el tipo de instalaciones nucleares que se encuentran en el ININ la realización de este estudio dará una aportación científica especializada para el desarrollo de la nanotecnología en donde se ampliará el conocimiento del efecto que dicha radiación tiene en estructuras del orden nanométrico.
El estudio aquí propuesto contribuirá al avance de la nanociencia y nanotecnología en diferentes disciplinas.
Artículos publicados en revistas extranjeras:
1. C. Gutiérrez-Wing, R. Esparza, C. Vargas-Hernández, M. E. Fernández García y M. José-Yacamán “Microwave-assisted synthesis of gold nanoparticles self-assembled into self-supported superstructures” Nanoscale, 2012, 4, 2281
2. R. Pérez-Hernández, C. Gutiérrez-Wing, G. Mondragón-Galicia, A. Gutiérrez-Martínez, Francis Leonard Deepak, D. Mendoza-Anaya “Ag nanowires as precursors to synthesize novel Ag-CeO2 nanotubes for H2 production by methanol reforming” Catalysis Today (aceptado) Nov. 2012.
3. C. Gutiérrez-Wing, J.A. Olmos-Asar, R. Esparza, M.M. Mariscal, M.J. Yacamán “The role of ad-atoms in the coalescence of alkanethiol-passivated gold nanoparticles” Electrochimica Acta (aceptado) Dic. 2012.
Capítulo en Libro:
Claudia Gutiérrez-Wing, J. Jesús Velázquez-Salazar, Miguel José-Yacamán,
“Procedures for the Synthesis and Capping of Metal Nanoparticles” Nanoparticles in Biology and Medicine, Methods in Molecular Biology, Capitulo 1, Volume 906, 2012, DOI: 10.1007/978-1-61779-953-2_1; p. 3-19. Soloviev, Mikhail (Ed.) Humana Press. ISBN 978-1-61779-952-5.
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