Síntesis y caracterización de estructuras metálicas unidimensionales para la generación de nanocables

Responsable: CLAUDIA ELIZABETH GUTIERREZ WING

Objetivos:

Diseñar y producir estructuras metálicas unidimensionales para ser aplicadas como nanocables en dispositivos nanométricos con propiedades de conductividad electrónica y termoluminiscentes.

Antecedentes:

La recién iniciada revolución industrial basada en los llamados nanomateriales y los fenómenos que ocurren en la nanoescala, ha abierto la posibilidad de generar nuevos sistemas, componentes y materiales con aplicaciones en diversas áreas, o bien mejorar los ya existentes, como se ha observado durante el desarrollo de la Nanotecnología.

Existen diferentes tipos de nanomateriales, de los cuales, un caso de particular interés para el desarrollo de este proyecto, son los nanomateriales unidimensionales. Estos han atraído la atención de muchos investigadores en el ámbito mundial, ya que debido a sus características y propiedades, determinadas teórica y experimentalmente, ocupan un lugar muy importante en el desarrollo de nuevas tecnologías y una de ellas es la referente a conducción electrónica y transferencia de información. Numerosas investigaciones se han enfocado en la búsqueda de una técnica que permita obtener nanomateriales en una dimensión y diseñar sus propiedades según se requiera. Con esta motivación, se han analizado diversos métodos de síntesis, su caracterización, determinación de propiedades y correlación con su estructura, las cuales varían de acuerdo a las condiciones de preparación. A partir de estas investigaciones, se han presentado diferentes cuestionamientos respecto a sus mecanismos de formación y crecimiento, manipulación de sus características, etc. Se ha reportado que algunos de los procesos más comunes para generar estructuras metálicas unidimensionales, requieren de equipos sofisticados o condiciones extremas de temperatura y presión, tal es el caso de deposición de vapor químico, ablación láser, reacciones carbotérmicas, electroquímica, etc.

Con el fin de avanzar en este campo de investigación, se desarrolló este proyecto teórico-experimental, enfocado en la síntesis y caracterización de nanoestructuras metálicas para la generación de nanocables, obtenidas a partir de dos técnicas: a) Técnica basada en química coloidal, y b) Proceso en dos etapas, basado en la técnica sol-gel. Durante el proceso de formación de las estructuras unidimensionales por cualquiera de estas dos técnicas, es posible recurrir al uso de otros materiales ya sea como soportes, templetes o bien como semillas para el crecimiento de estructuras en una dimensión, como es el caso de nanopartículas metálicas (Au, Ag, Pd y Pt). Se reportan resultados de la caracterización estructural y determinación de algunas propiedades de los materiales unidimensionales, obtenidos a través de las siguientes técnicas: espectroscopía UV-Visible e IR, DRX (difracción de Rayos-X), TEM y HREM (microscopía electrónica de transmisión covencional y de alta resolución), LV-SEM (microscopía electrónica de barrido de bajo vacío), HAADF (campo obscuro anular a gran ángulo), EDS (espectroscopía de dispersión de energía de rayos-X). Por otra parte, se analizaron propiedades de conductividad eléctrica de las nanoestructuras de plata y su relación con el tamaño.

Adicionalmente, los sistemas en estudio tienen aplicaciones potenciales en el área de física de radiaciones. Se ha observado que ciertos nanomateriales cerámicos-nanopartículas pueden modificar su respuesta óptica al ser expuestos a un campo de radiación ionizante. Su respuesta óptica (luminiscencia) puede incrementarse o modificarse. Al establecer una correlación entre el cambio óptico experimentado y la cantidad de radiación recibida, se podrán diseñar sistemas nanoestructurados para aplicaciones específicas; por ejemplo, sensores ópticos, sistemas dosimétricos termoluminiscentes, etc. En este sentido, se ha analizado la respuesta óptica de sistemas nanoestructurados a base de circonia, a través de campos de radiación ionizante y no ionizante (Gammas y UV).

Beneficios:

La información generada sobre los sistemas nanoestructurados que se estudiaron en esta investigación, permite avanzar en la frontera del conocimiento dentro del campo de los nanomateriales. Estos resultados coadyuvarán en el proceso de diseño de nuevos sistemas y componentes basados en nanoestructuras unidimensionales. Se contemplan aplicaciones de los mismos en el área de electrónica, electromecánica, catálisis y dosimetría.

El desarrollo de los sistemas nanoestructurados, determinación de propiedades y características estructurales de nanoestructuras unidimensionales de plata y nanocompositos aquí propuestos, contribuirá al avance de la nanociencia y nanotecnología en diferentes disciplinas en el ámbito mundial.

Logros Obtenidos:

Se analizó el crecimiento y características estructurales de nanoestructuras unidimensionales de plata, por medio de diferentes técnicas de microscopía electrónica, así como diferentes propiedades tales como su estabilidad térmica y conductividad eléctrica en suspensión. Se realizó un estudio teórico de sus características estructurales en diferentes orientaciones, procesos de coalescencia y propiedades como su reactividad química. Se desarrolló un método basado en la técnica sol-gel, para la generación de estructuras unidimensionales de plata recubiertas de silica. Asimismo, se analizaron propiedades termoluminiscentes de nanocompositos basados en matrices de circonia, después de haber sido expuestos a radiaciones ionizantes. Finalmente, se plantearon otras alternativas de preparación de nanoestructuras unidimensionales.

Productos

Artículos publicados en revistas especializadas con arbitraje

1.- Gutiérrez-Wing, Claudia; Pérez-Hernández, Raúl; Mondragón-Galicia, Gilberto.; Villa-Sánchez, Gerardo; Fernández-García, M. Eufemia; Arenas-Alatorre, Jesús; Mendoza-Anaya, Demetrio. “Synthesis of silica-silver wires by a sol-gel technique” Solid State Sci. 11 (2009) 1722–1729.

2.- C Gutiérrez-Wing, M Pérez-Alvarez, G Mondragón-Galicia, J Arenas-Alatorre, M T Gutiérrez-Wing, M C Henk, I I Negulescu, and K A Rusch, “Coalescence phenomena in 1-D silver nanostructures” J. Phys.: Condens. Matter 21 (2009) 295301-295309.

Artículos en memorias de congreso publicados en extenso

Pérez-Hernández, Raúl; Gutiérrez Wing, Claudia “Design of new Ag-Au(1-D)-CeO2 catalysts for hydrogen production by steam reforming of methanol”; EuropaCatIX 2009, Topic 1: Catalysis by Design. Salamanca, España; 30 de Agosto al 4 de septiembre de 2009,

C Gutiérrez-Wing, M Pérez-Alvarez, G Mondragón-Galicia, J Arenas-Alatorre, M T Gutiérrez-Wing, M C Henk, I I Negulescu, and K A Rusch; “Coalescencia en estructuras unidimensionales de plata”. VI Encuentro Participación de la Mujer en la Ciencia; León, Guanajuato; 19-21 de agosto de 2009, Publicado en versión electrónica con la clave S4ING37. ISBN:978-607-95228-0-3

M. E. Fernández-García, C. Gutiérrez-Wing; “Estudio teórico de reactividad en sistemas N-alquiltiol/Plata”. VI Encuentro Participación de la Mujer en la Ciencia; León, Guanajuato; 19-21 de agosto de 2009. Publicado en versión electrónica con la clave S2ING35. ISBN:978-607-95228-0-3

M. Pérez-Alvarez, C. Gutiérrez-Wing “Simulación dinámica molecular y análisis estructural de nanorodillos de plata”; VI Encuentro Participación de la Mujer en la Ciencia; León, Guanajuato, 19-21 de agosto de 2009. Publicado en versión electrónica con la clave S5FMCT20. ISBN:978-607-95228-0-3

Mario Pérez Álvarez, Claudia Elizabeth Gutiérrez Wing, Mario Daniel Glossman Mitnik. “Análisis y control estructural de modelos teóricos de nanorodillos de plata” XIX Congreso Técnico-Científico ININ-SUTIN, Centro Nuclear de México, 2-4 de Diciembre de 2009.

Demetrio Mendoza Anaya, Gerardo Villa Sánchez, Claudia E. Gutiérrez Wing, Gilberto Mondragón Galicia, Pedro R.González Martínez, María E. Fernández García. “Preparación y Caracterización De ZrO₂:Eu y ZrO₂:Co para Sensar Radiación UV” XIX Congreso Técnico-Científico ININ-SUTIN, Centro Nuclear de México, 2-4 de Diciembre de 2009.

Trabajos presentados en congresos

M. E. Fernández-García, C. Gutiérrez-Wing. “Unidimensional silver nanostructures and n-alkylthiol: theoretical analysis of reactivity” XVII International Materials Research Congress 2009; Cancún Quintana Roo, 16-20 de Agosto del 2009.

E. S. Gutiérrez-Wing, C. Gutiérrez-Wing. Título: “Determination of the electric properties of silver nanowires suspensions” XVII International Materials Research Congress 2009; Cancún Quintana Roo, 16-20 de Agosto del 2009.

C. Gutiérrez-Wing, I. Martínez-Mera. Título: “Synthesis and characterization of silver based nanostructures” XVII International Materials Research Congress 2009; Cancún Quintana Roo, 16-20 de Agosto del 2009.

D. Mendoza-Anaya, G. Villa-Sánchez, C. E. Gutiérrez-Wing, G. Mondragón-Galicia, P. R. González-Martínez. Título; “Preparation and characterization of ZrO₂:Eu and ZrO₂:Co for thermoluminiscent applications” XVII International Materials Research Congress 2009; Cancún Quintana Roo, 16-20 de Agosto del 2009.

G. Mondragón-Galicia, M.E. Espinosa-Pesqueira, M.E. Fernández-García and D. Mendoza-Anaya, "Eu precipitates in NaCl: Morphological changes as a function of the thermal conditions", XVII International Materials Research Congress 2009; Cancún Quintana Roo, 16-20 de Agosto del 2009.

D. Mendoza-Anaya, C.E. Gutiérrez-Wing, R. Pérez-Hernández, G. Mondragón-Galicia, "Design and characterization of Ag(ID)-CeO2 system for catalytic application", XVII International Materials Research Congress 2009; Cancún Quintana Roo, 16-20 de Agosto del 2009.

M. E. Espinosa-Pesqueira, G. Mondragón-Galicia, J.L. Ruvalcaba-Sil, E. Arroyo-Lemus, T. Falcón, Sandra Zetina, E. Hernández, “New analytical electron microscopy technologies applied on cultural heritage materials”, XVII International Materials Research Congress 2009; Cancún Quintana Roo, 16-20 de Agosto del 2009.

Pérez-Hernández, Raúl; Gutiérrez Wing, Claudia “Design of new Ag-Au(1-D)-CeO2 catalysts for hydrogen production by steam reforming of methanol” EuropaCat IX “Catálisis for a Sustainable World”, Topic 1: Catalysis by Design; Salamanca, España, 30 de Agosto al 4 de septiembre de 2009, trabajo P1-69

D. Mendoza-Anaya, P. R. González-Martínez, G. Villa-Sánchez, C. E. Gutiérrez-Wing, G. Mondragón-Galicia. “Síntesis y Caracterización de ZrO₂:Eu Y ZrO₂:Co para Aplicaciones Termoluminiscentes”. XXI National Congress on Solid State Dosimetry. Hermosillo, SON., 28 Septiembre-2 octubre,

Conferencias de Divulgación

1.- Platica invitada. Dr. Demetrio Mendoza Anaya, “Aplicación de la microscopía electrónica de barrido en el estudio de materiales” en el Centro Universitario UAEM-Tenancingo, 25 de febrero de 2009.

2.- Demetrio Mendoza Anaya. Presentación del seminario “Técnicas de Microanálisis en el SEM” desarrollado dentro del curso “Principios de Microscopía Electrónica de Barrido y sus Aplicaciones en el Sector Productivo”. Organizado por la Asociación Mexicana de Microscopía y la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, 9 de Diciembre de 2009.

Formación de Recursos Humanos

Gerardo Villa Sánchez. Obtención de Grado de Maestría en Ciencias (Ciencia de Materiales). Programa de Posgrado de la Facultad de Química de la Universidad Autónoma del Estado de México. Título de la Tesis: “Síntesis de estructuras unidimensionales de SIO₂: Ag para aplicaciones ópticas”. Asesor: Dr. Demetrio Mendoza Anaya. Fecha de examen: Julio de 2009