Memoria Jóvenes a la Investigación 2007

Memoria

Jvenes a la Investigacin 2007

Centro de Ciencias de la Materia Condensada Universidad Nacional Autnoma de Mxico

Ensenada, Baja California, Mxico

2007


18 de junio al 6 de julio de 2007

Universidad Nacional Autnoma de Mxico Centro de Ciencias de la Materia Condensada

Apartado Postal 356 Ensenada, BC, 22800, Mxico

Km. 107 Carretera Tijuana_Ensenada

Ensenada, BC 22860, Mxico Tel. (646) 1744602 Fax (646) 1744603

www.ccmc.unam.mx

Comit organizador:

Dr. Jess Leonardo Heiras Aguirre Dr. Armando Reyes Serrato Dr. Manuel Herrera Zaldivar

http://www.ccmc.unam.mx/

Memoria del evento Jvenes a la Investigacin 2007 Editores Armando Reyes Serrato Jess Leonardo Heiras Aguirre Manuel Herrera Zaldivar Jorge Palomares Snchez Centro de Ciencias de la Materia Condensada Universidad Nacional Autnoma de Mxico Ensenada, Baja California, Mxico Julio del 2007

Memoria


Centro de Ciencias de la Materia Condensada Universidad Nacional Autnoma de Mxico

Ensenada, Baja California, Mxico

2007

Presentacin Esta memoria rene el reporte del resultado de la participacin de jvenes entusiastas e interesados en actividades de investigacin cientfica, que bajo la asesora de miembros del personal acadmico del Centro de Ciencias de la Materia Condensada, de la Universidad Nacional Autnoma de Mxico, en Ensenada Baja California desarrollaron los temas que aqu se muestran. El evento acadmico se efectu del 18 de junio al 6 de julio del 2007 en las instalaciones del Centro de Ciencias de la Materia Condensada. Todos los jvenes participantes expusieron, el ltimo da del evento en la modalidad de cartel, los resultados de su investigacin. Jvenes a la Investigacin 2007, reuni en esta ocasin a 42 estudiantes de diferentes partes de la Republica Mexicana, que por s mismos experimentaron la actividad de hacer investigacin cientfica. Esperamos que la presente memoria sea un aliciente para continuar por el camino de la ciencia para los que ya tuvieron la experiencia, y promueva el deseo de participar en los estudiantes que aun no lo han hecho. El comit organizador: Jess Leonardo Heiras Aguirre Armando Reyes Serrato Manuel Herrera Zaldivar

AGRADECIMIENTOS A la Direccin General de Apoyo al Personal Acadmico de la UNAM, que a travs del Proyecto Jvenes a la Investigacin 2006 No. PE104005 del Programa de Apoyo a Proyectos Institucionales (PAPIME) se pudo financiar en gran medida el evento Jvenes a la Investigacin 2007 (JI2007).

Al Centro de Ciencias de la Materia Condensada de la UNAM, anfitrin del evento, que con su presupuesto complement la financiacin del JI2007.

A todo el personal acadmico y administrativo, as como a los estudiantes del centro de Ciencias de la Materia Condensada que con su entusiasta apoyo colaboraron al buen desarrollo del evento.

Hacemos un agradecimiento especial al personal del rea de cmputo: Juan Antonio Peralta, Margot Sainz, Carlos Gonzlez y particularmente a Jorge Palomares quien se encarg de la impresin de todos los carteles.

Dedicamos un agradecimiento muy especial a los acadmicos que se dedicaron a asesorar a los jvenes participantes, as como para aquellos que impartieron un seminario, o dieron alguna pltica, o hicieron alguna demostracin o visita guiada. En las pginas de esta memoria se podrn encontrar las listas correspondientes a estas actividades.

Se agradece a los jvenes, de Ensenada y varias otras partes de la repblica, que con su trabajo y entusiasmo hicieron posible la realizacin del evento Jvenes a la Investigacin 2007.

Tambin agradecemos a los promotores y a las instituciones de las que provenan nuestros jvenes participantes.

Listado de visitas a los laboratorios

del Centro de Ciencias de la Materia Condensada en el evento

Jvenes a la Investigacin 2007 18 de junio al 6 de julio de 2007

Laboratorio de SEM Ing. Israel Gradilla

Laboratorio de Catlisis M. en C. Eric Flores

Laboratorio de Propiedades pticas Dr. Roberto Machorro

Laboratorio de STM Dr. Jos Valenzuela

Dr. Manuel Herrera

Laboratorio de Materiales Luminiscentes Dr. Gustavo Hirata

Laboratorio de Rayos X M. en C. Elosa Aparicio

Laboratorio TEM Tec. Francisco Ruiz

Laboratorio de Ablacin Laser Carlos Gallardo

Laboratorio AFM Dr. Enrique Smano

Laboratorio de Ferroelctricos Dr. Jorge Portelles

Laboratorio Raman/IR Dr. Felipe Castilln

Taller Mecnico de Precisin Ing. Alejandro Tiznado

Tec. Enrique Medina

Listado de conferencias en el Centro de Ciencias de La Materia Condensada

para el evento Jvenes a la Investigacin 2007 18 de junio al 6 de julio de 2007

Semiconductores Dr. Manuel Herrera, Junio 18

Catstrofes en la fsica Dr. Roberto Machorro, Junio 19

Viendo tomos Dr. Enrique Smano, junio 20

Diseo de Materiales: Jugando con tomos Dra. Guadalupe Moreno, junio 21

Materiales Ferroelctricos: Ciencia y Desarrollo Dr. Jess Siqueiros, junio 22

Espectroscopia en el Infrarrojo Dr. Felipe Castilln, junio 25

La Luz Dr. Catalina Lpez, junio 26

Espintrnica Dr. Francisco Mireles, junio 27

Experimentos Matemticos, mmmm Experimentos Matemticos?

MC Arturo Gamietea, junio 28

La Piel de los Slidos Dr. Mario Faras, junio 29

Aplicaciones de los Materiales Luminiscentes Dr. Gustavo Hirata, julio 2

Materiales y Bajas Temperaturas Dr. Jess Heiras, julio 3

Nanobioplata Dra. Nina Bogdantchikova, julio 4

Distribucin de la carga electrnica en los materiales Dr. Armando Reyes, jul 5

Instituciones de los participantes en el evento

Jvenes a la Investigacin 2007 18 de junio al 6 de julio de 2007

Preparatorio Benito Juarez

Mayra Alejandra Cesea Soto Enrique Guerra Limn

CETYS Preparatoria

Sonia Stephanie Sainz del Real

Instituto Tecnolgico de Ensenada

Juan Salvador Cisneros Islas

Instituto Tecnolgico de Chihuahua

Lirio Marbella Balderrama Portillo Lidia Chavira Senz

Lidia Elisa Moncada Carrasco Gabriela Ramrez Corral Anglica Saenz Trevizo Sandra Ruth Payn Daz

Instituto Tecnolgico de Sonora

Crstian lvarez Armenta Nora Estela Ponce Fernndez Ana Mara Hernndez Ruiz

Yedidia Villegas Peralta

Instituto Tecnolgico de Morelia

Eduardo Pineda Martnez

Universidad de Guadalajara

Jos de Jess Olazaba Garca Celia Monserrat Siliceo Jaime

Julia Mara Torres Velarde

Leonardo Ulloa Dueas Mnica Vargas Bautista

Ana Victoria Lerma Snchez

Universidad Autnoma de Yucatn

Roberto Ramn Ortegn Cano

Universidad Autnoma de Baja California - Ensenada

Aldo Alan Guerrero Salmern Nastia Huerta Kondrtiev Omar Eulogio Lpez Ortiz Juan Pablo Lpez Reyes

Mara Anas Mancera Flores Amalia de Jess Monzn Crdenas

Ruth Noem Morales Contreras Gloria Alejandra Navarro Amaya Corona

Crdova Castro, Roco Margoth Jess Daniel NavarroVerduzco

Carlos Ivn Ochoa Guerrero Zuleica Ojeda Lerma

Universidad Autnoma de Baja California Mexicali

Arturo Barro Quintero Jess Rigoberto Herrera Garca

ngel Melchor Rodrguez Efran Reyes Pimentel

Universidad Autnoma de Baja California Tijuana

Lus Felipe Castilln Gndara Lus Antonio Flores Snchez

Universidad Autnoma Metropolitana Azcapozalco

Mara Fernanda vila Ortega

Universidad Autnoma de Nuevo Len

Sandra Irene Egua Egua

Jvenes a la Investigacin 2007 1 18 de junio 6 de julio del 2007

ndice

Defecto stone-wales en nanotubos de carbono (5,5): un clculo de su energa de formacin Moncada L., J. Medina y G. Canto . 4 Microscopa de Efecto Tnel (STM) con nanopartculas de ZnO adheridas a la punta A. A. Guerrero-Salmern y M. Herrera-Zaldvar . 6 Clasificacin de molculas en base a su simetra Omar Eulogio Lpez Ortiz y Armando Reyes Serrato . 8 Catalizadores de oro soportados sobre xido de ceria. xido de ceria comercial y xido de ceria mezclado con xido de aluminio Nastia Huerta, Elena Smolentseva, Andrey Simakov y Felipe Castilln . 10 Aplicaciones tecnolgicas de los materiales piezoelctricos Jess Rigoberto Herrera Garca, Jess Siqueiros, Jorge Portelles y Pedro Casillas . 12 Catalizador de Au soportado en CeO2. Estudio del efecto del proceso de oxidacin C. lvarez, A. Simakov, E. Smolentseva, F. Huerta, R. Rangel y F.Castilln . 14 Nanopartculas en el diagnstico y tratamiento de enfermedades Morales Contreras Ruth Noemy y Cota Araiza Ernesto . 16 Absorcin ptica de Nanopartculas Individuales Lidia Chavira Saenz y Catalina Lpez Bastidas . 18 Estudio por espectroscopa de fotoelectrones de rayos X de alta resolucin de pelculas de Sr0.085Pr0.015TiO3 depositadas por ablacin lser Lirio Marbella Guadalupe Balderrama Portillo . 20 Teleportacin en computacin cuntica Carlos Ivan Ochoa Guerrero y Fernando Rojas Iiguez . 22 Sntesis y caracterizacin de trimtalicos de Fe-Mo-W y Cu-Mo-W Nora E. Ponce Fernndez, Roberto R. Ortegn Cano y Amelia Olivas Sarabia . 24 Materiales ultraincompresibles. Estudio del ReB2 y diseo del ReCB Vargas Bautista Mnica y Moreno Armenta Guadalupe . 26 Impulso en C.C.M.C. para el desarrollo de nanopartculas de Au aplicadas en medicina Torres Velarde Julia Mara, Lerma Snchez Ana Victoria, Inga V. Tuzovskaya y Nina E. Bogdanchikova . 28 Esparcimiento ptico no lineal por nanopartculas Angelica Saenz Trevio y Jess A. Maytorena . 30 Los Juegos Cunticos Penny-Flip Efran Reyes Pimentel y Fernando Rojas Iiguez . 32

Centro de Ciencias de la Materia Condensada UNAM Ensenada, BC, Mxico


Catalizador de Au soportado en CeO2. Estudio del proceso de reduccin L. F. Castilln, A. Simakov, E. Smolenetleva, F. Huerta, R. Rangel y F. Castilln . 34 Inmovilizacin de los cidos 12-molibdeno fosfrico y 12-tungstofosforico sobre el material ti-hms para reacciones de hidrodesulfurizacin de dibenzotiofeno Ana Mara Hernndez Ruiz, A. Luke, Amelia Olivas y Trino Armando Zepeda . 36 Desarrollo de nanoplata y nanooro en C.C.M.C. U.N.A.M. Lerma Sanchez Ana Victoria, Torres Velarde Julia Maria, Inga V. Tuzovskaya y Nina E. Bogdanchikova . 38 Obtencin y caracterizacin del cermico ferroelctrico BaTiO3Angel Melchor Rodrguez y Ma. de la Paz Cruz Juregui . 40 Estudio de Tb1-XGaXMnO3 por espectroscopia de electrones fotoemitidos (XPS) Anas Mancera Flores, Jess Olazaba Garca, F. Prez y W. De La Cruz . 42 Estudio de las propiedades pticas del Ga2O3 por catodoluminiscencia G. Ramrez-Corral, A. Susarrey-Arce y M. Herrera-Zaldvar . 44 Sntesis y caracterizacin de nanovarillas de ZnO Gloria A. Amaya Corona, Amalia de J. Monzn Crdenas y Jos Valenzuela Benavides . 46 Indicios de ferroelectricidad en titanato de estrocio con praseodimio (SrTiO3:Pr) Jess Daniel Navarro Verduzco, Victoria Ramos Muiz y Ma. de la Paz Cruz Juregui . 48 Crecimiento de Pelculas de Ge1-xCx por Ablacin Lser y su caracterizacin mediante DRX y XPS L. Ulloa , M. P. Hernndez y M. H. Faras . 50 Sntesis de Pd/(CeZr)Ox como catalizador de tres vas empleando el mtodo de Urea Gelacin/Coprecipitacin (UGC) Celia Monserrat Siliceo Jaime, Sonia Stephane Sainz del Real y Eric Flores Aquino . 52 Aplicacin y evaluacin del Modelo de Capas de Ladrillos (BLM) en cermicas granulares Mara Fernanda vila-Ortega, Ernesto Pichardo y Jess L. Heiras . 54 Preparacin e identificacin del trixido de molibdeno Luis Antonio Flores Snchez, Miguel Avalos Borja y Juan Manuel Quintana Melgoza . 56 La papiroflexia y las matemticas Enrique Guerra Limn y Arturo Gamietea Domnguez . 58 Efectos del campo bias en la caracterizacion electrica de materiales usando la espectroscopia de impedancias Arturo Barro y Oscar Raymond . 60 Cuadrados Mgicos Cesea Soto Mayra Alejandra y Arturo Gamietea Domnguez . 62 Espectroscopa ptica usando difraccin: principio y aplicaciones Roco Margoth Crdova Castro y Roberto Machorro . 64 Crecimiento de pelculas de diamante por el mtodo de ctodo hueco Sandra Irene Eguia Eguia y Gerardo Soto Herrera . 66



Principios del Efecto Hall de Espn Juan Pablo Lpez Reyes y Francisco Mireles Higuera . 68 Depsito de pelculas delgadas (ZrN) mediante erosin inica (sputtering) reactiva Juan Salvador Cisneros Islas y Vctor Julin Garca Gradilla . 70 Propiedades nano-mecnicas y nano-estructurales de biocompsitos de Hidroxiapatita-Wollastonita Sandra Payan y Enrique Smano . 72 Estudio de las propiedades luminiscentes del SrIn2O4:Eu3+Eduardo Pineda Martnez y Gustavo Hirata Flores . 74 Caracterizacin y preparacin de catalizadores de Pd/CeZrLa por el mtodo de sol gel y UGC Yedidia Villegas Peralta, A. Simakov, E. Smolentseval, E. Flores y S. Fuentes . 76 Sper-resolucin con una pelcula delgada no lineal Zuleica Ojeda Lerma y Mufei Xiao Wu . 78



DEFECTO STONE-WALES EN NANOTUBOS DE CARBONO (5,5): UN

CLCULO DE SU ENERGA DE FORMACIN

Moncada L.1, J. Medina2, G. Canto31Instituto Tecnolgico de Chihuahua

Ave. Tecnolgico #2909, 31310 Chihuahua, Chih., Mxico 2Centro de Investigacin Cientfica y de educacin Superior de Ensenada, Apartado postal

2681, 22800 Ensenada B.C. Mexico 3Centro de Ciencias de la Materia Condensada-UNAM

Km. 107 Carretera Tijuana-Ensenada, 22800 Ensenada B.C. Mexico La bsqueda de fuentes de energa alternativa ha conducido a la evaluacin de diversos materiales. As mismo, existen varias propuestas de fuentes de energa primaria. Una de ellas es el almacenamiento en hidrgeno. En ese contexto, uno de los principales objetivos es el desarrollo de un material de bajo costo para almacenarlo, el cual debe ser estable y poseer caractersticas termodinmicas y cinticas adecuadas [1]. El hidrgeno es el ms ligero de los tomos existentes, pero su densidad en estado gaseoso a presin y temperatura normales es muy baja, por lo que se requieren medios de almacenamiento ms eficientes. Este trabajo ha determinado la energa de formacin de un defecto Stone-Wales (SW) en un nanotubo (5,5) de carbono a fin de determinar posteriormente su influencia sobre la capacidad de adsorcion de hidrgeno. El defecto SW se obtiene al rotar 90 un enlace C-C, provocando un dipolo que consiste en 2 pares de pentgono-heptgono en una red hexagonal [2]. La reactividad del enlace C-C depende de la orientacin del defecto [2] por lo que se esperan variaciones en sus propiedades de absorcin de hidrgeno. Tambin es importante mencionar que esta rotacin modifica las propiedades mecnicas y electrnicas del tubo, por ejemplo, se genera una pequea variacin en el dimetro. Para determinar la energa de formacin del defecto nos hemos auxiliado de la Teora del Funcional de la Densidad (DFT), la cual describe el estado de un sistema mediante la determinacin de la densidad de carga electrnica. En este trabajo, sta ha sido obtenida mediante la combinacin lineal de orbitales atmicos. La correlacin ha sido aproximada usando la correccin al gradiente generalizado (GGA) de la densidad de carga propuesto por Lee, Yang y Parr y el intercambio calculado de acuerdo con Becke (B3LYP). Existen dos posibles orientaciones del defecto con respecto al eje del tubo. Nuestros resultados indican que la energa de formacin depende de dicha orientacin, siendo la ms probable aquella que no es paralela al eje. La energa de formacin ms probable es de 2.88 eV, mientras que la del defecto paralelo al eje es de 3.54 eV. [1] http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/Tesis/Basic/alcca_qf/cap5.PDF[2] Dinadayalane, T.C. & Leszczynski, Jerzy, Chemical Physics Letters 434 (2007) 86-91.


http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/Tesis/Basic/alcca_qf/cap5.PDF



DEFECTO STONE-WALES EN NANOTUBOS DE CARBONO (5,5):

UN CLCULO DE SU ENERGA DE FORMACIN.Moncada L.1, J. Medina2, G. Canto 3

1Instituto Tecnolgico de Chihuahua Ave. Tecnolgico #2909, 31310 Chihuahua, Chih., Mxico

2Centro de investigacin Cientfica y de Educacin Superior de EnsenadaKm. 107 Carretera Tijuana-Ensenada, 22800 Ensenada B.C. Mxico

3Centro de Ciencias de la Materia Condensada-UNAMKm. 107 Carretera Tijuana-Ensenada, 22800 Ensenada B.C. Mxico

La bsqueda de fuentes de energa alternativa ha conducido a la evaluacin de diversos materiales. As mismo, existen varias propuestas de fuentes de energa primaria. Una de ellas es el almacenamiento en hidrgeno. En ese contexto, uno de los principales objetivos es el desarrollo de un material de bajo costo para almacenarlo, el cual debe ser estable y poseer caractersticas termodinmicas y cinticas adecuadas. Este trabajo ha determinado la energa de formacin de un defecto Stone Wales (SW) en un nanotubo (5,5) de carbono. El defecto SW se obtiene al rotar 90 un enlace C-C, provocando un dipolo que consiste en 2 pares de pentgono-heptgono en una red hexagonal. Para determinar la energa de formacin del defecto nos hemos auxiliado de la Teora del Funcional de la Densidad (DFT), la cual describe el estado de un sistema mediante la determinacin de la densidad de carga electrnica. En este trabajo, esta ha sido obtenida mediante la combinacin lineal de orbitales atmicos. El intercambio y correlacin ha sido aproximado usando el gradiente generalizado (GGA) de la densidad de carga. Existen dos posibles orientaciones del defecto con respecto al eje del tubo. Nuestros resultados indican que la energa de formacin depende de dicha orientacin, siendo la ms probable aquella que no es paralela al eje. La energa de formacin ms probable es de 2.88 eV, mientras que la del defecto paralelo al eje es de 3.54 eV.

AgradecimientosAgradezco el apoyo brindado por mi asesor el Dr. Gabriel Ivn Canto Santana y al CCMC-UNAM. Los clculos se realizaron en el centro de supercmputo de DGSCA-UNAM. Adems se agradece a DGAPA-UNAM, Proyecto No. PE104005, por el apoyo otorgado para la realizacin del evento Jvenes a la Investigacin.

IntroduccinLos Nanotubos de carbono (NTC) han generado gran inters en los ltimos aos debido a sus excelentes propiedades, tales como elevada resistencia, alta tiesura, capacidad de carga de gran intensidad [2], entre otras. Los NTC son cilindros moleculares formados de tomos dispuestos en anillos hexagonales de aproximadamente 1 nm de dimetro; estos fueron descubiertos por Sumio Iijima en el ao de 1991.

Como se mencion anteriormente los NTC poseen propiedades extraordinarias, por lo cual han sido propuestos como medio para almacenar Hidrgeno. Es importante resaltar que el hidrgeno es una fuente alternativa de energa y puede ser sustituto de los derivados del petrleo, por lo cual, su economa evitara una crisis mundial de elevadas proporciones.

MetodologaLa estructura para un nanotubo (5,5) de carbono sin defecto ha sido simulada mediante un modelo de 200 tomos (Figura 3a), los cuales estn distribuidos en 10 celdas unitarias. Se busca la relajacin de los tomos, es decir, la colocacin de ellos de manera que no haya tensiones o esfuerzos entre s, obteniendo la mnima energa.

En este trabajo se ha determinado la energa de formacin de un defecto StoneWales en un nanotubo (5,5) de carbono y para ello nos hemos auxiliado de la Teora del Funcional de la Densidad, sta ha sido obtenida mediante la combinacin lineal de orbitales atmicos. La correlacin ha sido aproximada usando la correccin al gradiente generalizado (GGA) de la densidad de carga propuesto por Lee, Yang y Parr y el intercambio ha sido calculado de acuerdo con Becke (B3LYP).

INSTITUTO TECNOLGICO DE CHIHUAHUA

Figura 1.

Las imperfecciones en los NTC son producto de los defectos originados durante la sntesis debido a la tensin que se aplic. Los defectos topolgicos desempean un papel dominante para crear un nuevo diseo estructural de los NTC, uno de los ms importantes es el llamado Stone Wales (SW).

La Figura 1 muestra el diseo de un defecto SW y la numeracin que siguen los tomos en todas las estructuras del defecto [2].

Para determinar la Energa de formacin del defecto SW se toma como base la Teora del Funcional de la Densidad (DFT), la cual es un mtodo que describe el estado de un sistema mediante la determinacin de la densidad de carga electrnica. Se emplea en Fsica de la Materia Condensada, Fsica y Qumica computacional. DFT est en funcin de la densidad y cumple con un principio: La Energa total ser mnima para la densidad de carga electrnica real del sistema.

En la Tabla 1 se muestran los datos obtenidos despus de evaluar la energa de formacin del defecto SW con ayuda de la siguiente ecuacin.

NTC E Total(eV)Eformacin

(eV)Eformacin(Kcal/mol)

n5510c -30779.946 -n55-sw1 -30776.406 3.54 81.63n55-sw2 -30777.064 2.88 66.47

As mismo comparamos la densidad de estados alrededor del nivel de Fermi para n55-sw1 y n55-sw2 respecto al nanotubo perfecto (n5510c).

Figura 4. Superposicin de las densidades de estados para el caso del nanotubo perfecto (lnea negra continua) y el nanotubocon defecto paralelo al eje (lnea roja discontinua).

Figura 5. Superposicin de las densidades de estados para el caso del nanotubo perfecto (lnea negra continua) y el nanotubo con defecto no paralelo al eje (lnea roja discontinua).

ResultadosEn los NTC se presentan 2 orientaciones diferentes para el defecto StoneWales.

E formacin = E NTC+defecto E NTC perfecto

ConclusionesLos nanotubos de carbono (5,5) presentan dos distintas orientaciones para el defecto Stone-Wales, y la ms probable a ocurrir es aquella que requiera una menor cantidad de energa para formarse, en este caso ser, el defecto no paralelo al eje del nanotubo. Se encontr que el carcter metlico del nanotubo (5,5) no se pierde an con la presencia de dicho defecto. Ambas orientaciones de los defectos promueven variaciones en la densidad de estados, siendo ms notorias para el defecto paralelo al eje, por lo cual, se modifican ms fuertemente sus propiedades electrnicas.

Estos resultados muestran que la modificacin de los estadoselectrnicos depende de la orientacin del defecto. En particular, se encuentra que la orientacin no paralela tiene una menor influenciasobre los estados electrnicos.

Referencias[1]http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/Tesis/Basic/alcca_qf/cap5.PDF[2] Dinadayalane, T.C. & Leszczynski, Jerzy.Chemical Physics Letters 434 (2007) 86-91.[3] http://www.elp.uji.es/paperspdf/2005energia.pdf

SW1 SW2(5,5)

Figura 2. Ref. 3

Figura 3. Diagramas esquemticos de los modelos empleados

a) b) c)

Tabla 1. Energas totales y de formacin.


Microscopa de Efecto Tnel (STM) con nanopartculas de ZnO adheridas

a la punta

A. A. Guerrero-Salmern 1, M. Herrera-Zaldvar2

1Facultad de Ciencias, Universidad Autnoma de Baja California, Campus Ensenada. Km. 105 Carretera Tijuana-Ensenada C. P. 22800 Ensenada B. C. Mxico

2Centro de Ciencias de la Materia Condensada UNAM Km. 107 Carretera Tijuana-Ensenada, C. P. 22800 Ensenada B. C. Mxico

[email protected], [email protected]

El microscopio de efecto tnel (STM) basa su funcionamiento en el fenmeno conocido como tuneleo cuntico. Este proceso ocurre entre los electrones de una punta metlica del microscopio y la superficie de una muestra metlica o semiconductora con rugosidad menor al micrmetro (1000 nm). La punta del microscopio tnel se encuentra a distancias del orden de unos pocos nanmetros, y debido a una diferencia de potencial que se aplica entre punta y muestra, los electrones de la punta superan la barrera de potencial que representa el vaco, para transferirse a la superficie de una muestra (o viceversa, segn sea el signo del potencial aplicado) [1]. En este trabajo se presentan experimentos de tunelamiento de electrones a travs de una punta del STM impregnada con nanopartculas esfricas de ZnO, con la que al barrer sobre una superficie policristalina de Au, indirectamente se estudia la superficie de estas nanopartculas por los mismos policristales de Au que hacen el papel de mltiples puntas. Las propiedades elctricas de estas nanopartculas se han estudiado por espectroscopa tnel.

Las nanopartculas de ZnO estudiadas fueron sintetizadas por el mtodo hidrotermal, que es una reaccin qumica entre acetato de zinc y etilen-diamina en agua bajo agitacin constante. Estas nanopartculas se impregnaron en una punta de Tungsteno (W) (previamente afilada por ataque electroqumico) con el control de aproximacin del STM. Una secuencia de imgenes repetidas de la superficie de una nanopartcula confirm la impregnacin del ZnO. Espectros de corriente tnel contra voltaje fueron adquiridos para esta configuracin y comparados con los espectros adquiridos en ZnO preparado en forma de pelcula sobre el Au. Agradecimientos: Le agradezco Arturo Susarrey Arce por su apoyo tcnico. [1] http://aportes.educ.ar/fisica/nucleo-teorico/estado-del-arte/nuevas-herramientas/mirando_atomos.php


mailto:[email protected]:zald%C3%[email protected]



Microscopia de Efecto Tnel (STM) con nanopartculas de

ZnO adheridas a la puntaA. A. Guerrero-Salmern1, Dr. M. Herrera-Zaldvar2

1Facultad de Ciencias, Universidad Autnoma de Baja California, Campus Ensenada.Km. 105 Carretera Tijuana-Ensenada C. P. 22800 Ensenada B. C. Mxico

2Centro de Ciencias de la Materia Condensada UNAMKm. 107 Carretera Tijuana-Ensenada, C. P. 22800 Ensenada B. C. Mxico

En este trabajo se presentan experimentos de tunelamiento de electrones a travs de una punta del STM impregnada con nanopartculas de ZnO, con la que al barrer sobre una superficie policristalina de Au, indirectamente se estudiaron las propiedades elctricas de este semiconductor mediante espectroscopa tnel. Las nanopartculas de ZnO previamente sintetizadas por mtodo hidrotermal (reaccin qumica entre acetato de zinc y etilen-diamina en agua) se impregnaron en una punta de Tungsteno (W) previamente afilada por ataque electroqumico. Las

mediciones de la topografa de las nanopartculas de ZnO se consigui por las aristas afiladas de los granos del Au policristalino. Una secuencia de imgenes repetidas de la superficie de una nanopartcula de ZnO indic el tunelamiento a travs de ella, con lo cual fue posible registrar la presencia de estados profundos tipo donadores por espectroscopa tnel.

Introduccin

Descripcin del trabajo realizado

Referencias [1] http://aportes.educ.ar/fisica/nucleo-teorico/estado-del-arte/nuevas-herramientas/mirando_atomos.php

Presentacin y discusin de resultados

El microscopio de efecto tnel (STM) basa su funcionamiento en el fenmeno conocido como tuneleo cuntico. Este proceso ocurre entre los electrones de una punta metlica del microscopio y la superficie de una muestra con rugosidad menor al micrmetro (1000 nm), y que debe ser metlica o semiconductora. La punta del microscopio tnel se encuentra a distancias del orden de unos pocos nanmetros, y debido a una diferencia de potencial que se aplica entre punta y muestra, los electrones de la punta superan la barrera de potencial que representa el vaco, para transferirse a la superficie de una muestra (o viceversa, segn sea el signo del potencial aplicado) [1].

Inicialmente se lo emple para generar imgenes topogrficas de superficies conductoras. Para ello, mediante un conjunto de piezoelctricos, se logra que la punta metlica barra una determinada superficie de la muestra. Dado que la corriente de tuneleo vara exponencialmente con la distancia relativa entre la punta y la muestra, es posible obtener un mapa topogrfico de la superficie al registrar la corriente durante el barrido de la superficie analizada. La construccin de la punta resulta de suma importancia, ya que debe ser lo suficientemente fina como para que la corriente tnel se establezca esencialmente a travs de un nico tomo, generando as una imagen topogrfica con resolucin atmica.

Figura No. 1 STM con el piezoelctrico comprimido al encontrar un escaln durante el barrido.

Para adherir las nanopartculas de ZnO se acerc la punta de Tungsteno (W) con el STM lo suficiente como para que el ZnO se impregnara en la parte ms aguda de la punta.

Una vez colocadas las nanopartculas en la punta, esta es colocada en el STM para comenzar a realizar el tunelamiento de electrones a travs de la punta, con la que al barrer sobre una superficie policristalina de Au, es posible medir la topografa de las nanopartculas por las aristas afiladas de los granos de Au.

Figura No. 2 (a) Nanopartculas de ZnO. (b) Punta de Tungsteno (W) antes de adherir las nanopartculas de ZnO. (c) Punta de Tungsteno (W) con nanopartculas de ZnO adheridas.

AgradecimientosLe agradezco a Arturo Susarrey Arce por su apoyo tcnico.Proyecto apoyado por DGAPA-UNAM No.PE104005

Conclusiones

1. Ha sido posible fijar nanopartculas en una punta de STM y estudiar su topografa usando Au policristalino como mltiples puntas.

2. En las curvas de conductancia tnel de las nanopartculas adheridas se registr una intensa seal de estados donadores a aproximadamente 0.3 eV del nivel de Fermi.

3. Se encontr que las nanopartculas de ZnO se rompen por contacto con solventes orgnicos, lo que prueba que no es una estructura estable.

Para dar una idea de la forma de las nanopartculas que se estudian se recurri al SEM, obteniendo la imagen de la Figura No. 2(a).

200nm 87nm

Una vez realizado el barrido con nanopartculas de ZnO fue posible obtener una secuencia de imgenes repetidas de la superficie de la nanopartcula de ZnO indicando el tunelamiento a travs de ella.

Figura No. 4 Secuencia de imgenes de una nanopartcula de ZnO

27nm

Accidentalmente se encontr que la acetona rompe las nanopartculas de ZnO formando una capa en el sustrato de Au, indicando que la forma esfrica del ZnO no es estable (Figura No. 6).

Una vez que se obtuvo la imagen en el SEM se comenz a realizar el barrido de la muestra con el STM, obteniendo imgenes de la nanopartcula adherida a la punta (Figura No. 4).

100nm

Figura No. 5 (a) Au policristalino y nanopartculas de ZnO en (b) 2D y (c) 3D

Figura No. 6 (a) Imagen de STM y (b) SEM de ZnO fragmentado con acetona.

100nm

Por espectroscopa tnel se determin una intensa seal de estados donadores, aproximadamente a 0.3 eV sobre el nivel de Fermi (Figura No. 7(a)). Estos estados fueron registrados ocasionalmente en el ZnO expuesto a la acetona (Figura No. 7(b)). En los espectros adquiridos no nos fue posible determinar con precisin las bandas de valencia y conduccin.

Figura No. 7 (a) Espectros de conductancia de las nanopartculas adheridas y (b) de las nanopartculas expuestas a acetona.

94nm

(a) (b) (c)

(a) (b)

4321-0-1-2-3-4

50

40

30

20

10

-0

V[V]

d(I[

nA])

/d(V

[V])

Banda de conduccin ?

Banda de valencia ?

4321-0-1-2-3-4

160140120100

80604020-0

V[V]

d(I[

nA])

/d(V

[V])

EF

EF

Estados donadores

(a)

(b) (c)

Au policristalino

Punta de W

Figura No. 3 Movimiento de la punta en una superficie de Au policristalino

(a) (b)


Clasificacin de molculas en base a su simetra

Omar Eulogio Lpez Ortiz1, Armando Reyes Serrato21Facultad de ciencias, Universidad Autnoma de Baja California, Campus Ensenada, Km

105 Carretera Tijuana-Ensenada. 22800 Ensenda B.C. Mxico 2Centro de Ciencias de la Materia Condensada-UNAM Km 107 Carretera Tijuana-

Ensenada. 22800 Ensenda B.C. Mxico La simetra molecular se basa en dos conceptos fundamentales: elementos de simetra y operaciones de simetra. El primero se refiere a una lnea, un plano o un punto, con respecto al cual una o ms operaciones de simetra se llevan al cabo. Una operacin de simetra es un operador que mueve a la molcula con relacin a un elemento de simetra a una posicin donde cada punto de la molcula coincide con uno equivalente. Un grupo puntal es un conjunto de operaciones de simetra que forman un grupo matemtico, es decir, dicho conjunto cumple con las siguientes cuatro condiciones: existe una operacin que conmuta con todos los dems operadores y los deja sin cambio (se le conoce como operacin identidad), el producto de dos operaciones es una operacin que pertenece al grupo, la multiplicacin de operaciones es asociativa, cada operacin del grupo tiene una operacin inversa tal que su producto genera la operacin identidad. [1] De las operaciones de simetra, E es el elemento identidad, su operacin asociada consiste en no mover a la molcula, denota a un eje de rotacin caracterstica, las operaciones asociadas a dicho eje consisten en rotaciones de 2m/n radianes consecutivas. Se le llama eje de rotacin principal, al eje con mayor valor n. denota a un plano, la operacin correspondiente es una reflexin sobre el plano. Existen tres clases de planos:

mnC

v paralelos al eje principal de rotacin (planos verticales), h perpendiculares al eje principal de rotacin (planos horizontales) y d planos especulares verticales que bisectan un ngulo entre dos ejes C2 (planos diedros). El elemento i denota el centro de simetra, la operacin asociada es una inversin de todos los puntos de la molcula a travs de dicho centro. denota a un eje de rotacin no caracterstico, consiste en una rotacin de 2m/n radianes en torno a dicho eje, seguido de una reflexin sobre un plano perpendicular al dicho eje.

mnS

A continuacin se mencionan algunos grupos puntuales: C1, slo contiene la operacin E. Cs: contiene un plano de reflexin. Ci: contiene un centro de inversin. Cn: molculas con slo un eje de rotacin. Cnv: molculas con n planos de simetra verticales al eje de rotacin principal. Cn: es generado por un eje de rotacin principal y un plano de reflexin horizontal. Cv: molculas con infinitos ejes de rotacin propios y planos v, pertenecen a este grupo molculas diatmicas heteronucleares Dn: es generado por un eje Cn y un eje C2 perpendicular al eje de rotacin. Dnd: es generado por un eje de rotacin Cn, un eje perpendicular C2 y un plano de reflexin diedro. Dv: es generado por infinitos ejes de rotacin propios y planos v y un eje C2 perpendicular al eje de rotacin principal, pertenecen a este grupo molculas diatmicas homonucleares. Sn: es generado por un eje de Sn. Las molculas tetradricas pertenecen al grupo Td o Th dependiendo si tienen planos verticales u horizontales. Las molculas octadricas pertenecen al grupo Oh.[2] [1] Cotton, F. A., Chemical Application of Group Theory, 2da. ed., U.S.A., John Wiley and Sons1971 [2] Harris, D. C., y Bertolucci, M. D., Symmetry and Spectroscopy An Introduction to Vibrational and Electronic Spectroscopy, Nueva York, Dover Publications, 1978




Clasificacin de molculas en base a su simetra

Omar Eulogio Lpez Ortiz1, Armando Reyes Serrato21Facultad de ciencias, Universidad Autnoma de Baja California, Campus Ensenada, Km 105 Carretera Tijuana-Ensenada

22800 Ensenda B.C. Mxico 2Centro de Ciencias de la Materia Condensada-UNAM Km 107 Carretera Tijuana-Ensenada, 22800 Ensenda B.C. Mxico

La simetra molecular se basa en dos conceptos fundamentales: elementos de simetra y operaciones de simetra. El primero se refiere a una lnea, un plano o un punto, con respecto al cual una o ms operaciones de simetra se llevan al cabo. Una operacin de simetra es un operador que mueve a la molcula con relacin a un elemento de simetra a una posicin donde cada punto de la molcula coincide con uno equivalente. Un grupo puntal es un conjunto de operaciones de simetra que forman un grupo matemtico . Todas las molculas se pueden clasificar en algn grupo puntual.

ConclusionesAgradecimientos

Este trabajo fue apoyado por DGAPA-UNAM, Proyecto No. PE104005.

A Armando Reyes Serrato por su asesoramiento.

Referencias

Figura 1. Butler Ian S. y Harrod John F., Qumica Inorgnica Principios y aplicaciones, U.S.A., Addison-WesleyIberoamericana, S.A.,1992

Figuras 2 y 5. http://www.qi.fcen.uba.ar/materias/cqi/clases/Clasel.pdf

Figura 3. http://www.geocities.com/lasimetria/ml/page1.html

Figura 4. http://www. uclm.es/profesorado/afantinolo/Docencia/Inorganica2LQ/Tema1LQ.pdf

Figura 6. Harris, D. C., y Bertolucci, M. D., Symmetry and Spectroscopy An Introduction to Vibrational and Electronic Spectroscopy, Nueva York, Dover Publications, 1978

Figura 7. http://www.iqc.udg.es/~perico/docencia/QF/simetria/simetria.html.T

Un grupo puntal es un conjunto de operaciones de simetra que forman un grupo matemtico, es decir, dicho conjunto cumple con las siguientes cuatro condiciones:

El producto AB de cualesquiera dos elementos esta definido y contenidos en el grupo.

El grupo contiene al elemento identidad.

Todo elemento A tiene su recproco.

Los elementos obedecen a la ley asociativa.

Grupo puntual

Elementos de simetra importantes

C1 ECi iCs Cn CnSn* SnCnv Cn, vCnh Cn, hDn Cn, C2Dnd Cn, C2, dDnh Cn, C2, hC v Molculas lineales sin centro de

inversinD h Molculas lineales con centro de

inversinTd Simetra tetradricaTh Simetra tetradrica, hOh Simetra octadricaIh Simetra icosadricaKh Simetra esfrica

Tipo de elemento de simetra Operacin real efectuadaeje de rotacin caracterstico Rotacin alrededor del eje eneavo en 2m/n radianes

plano especular Reflexin sobre el plano de simetrai inversin Inversin a travs del centro de simetra

eje de rotacin impropio Rotacin alrededor del eje eneavo en 2m/n radianesseguida de la reflexin sobre el plano especular perpendicular al eje enevano o viceversa

E identidad Ninguna

mnC

mnS

Plano especularEje de rotacin caracterstico

Grupos puntuales y elementos caractersticos de simetra

Mtodo para clasificar molculas en grupos puntuales

Teora de grupos

Plano de simetra horizontal h. Es perpendicular al eje de rotacin principal.

Plano de simetra vertical v. Plano que contiene al eje de rotacin principal.

Plano didrico d. (Tipo especial de plano vertical). Plano que biseca el ngulo didrico determinado por el eje de rotacin principal y dos ejes C2perpendiculares al eje principal.

Cuando existen ms de dos ejes de rotacin, el de mayor valor de n se le denomina eje de rotacin principal.

Eje de rotacin impropio

Para que el elemento Sn exista no es necesario que un eje Cn y un plano h existan por separado.

Centro de inversion

Elementos y operaciones de simetraElemento de simetra: Una lnea, un punto o un plano respecto al cual pueden llevarse al cabo una o ms operaciones de simetra.Operacin de simetra: El movimiento de una molcula en relacin con cierto elemento de simetra de forma que cada tomo en la molcula, antes de que se realice la operacin, coincida con un tomo equivalente (o el mismo) despus de la operacin.En la figura 1 se muestran los 5 elementos de simetra existentes as como las operaciones de simetra generadas.

Figura 1. Elementos de simetra y operaciones de simetra generadas.

Figura 2. El cubo tiene tres ejes de simetra diferentes. Al C4 se le denomina eje de rotacin principal.

Figura 3. Representacin de una operacin S4.

Figura 4. Representacin de tres planos no equivalentes.

Figura 5. Ejemplo de inversin del etano.

Es posible clasificar a una molcula dada en algn grupo puntal conociendo los elementos de simetra que presenta y utilizando el diagrama de clasificacin.

Figura 7. Para determinar el grupo puntual al que pertenece alguna molcula, se utiliza el diagrama de clasificacin.

Figura 6. En esta tabla slo se muestran tipos de grupos puntuales. En total existen 32 grupos puntales diferentes de los cuales varios de ellos pertenecen al mismo tipo as, por ejemplo, existe el C2,C3 etc, pero ellos son clasificados como Cn.

*n es par y n 2


Catalizadores de oro soportados sobre xido de ceria. xido de ceria comercial y xido de ceria mezclado con xido de aluminio

Nastia Huerta1, Elena Smolentseva2, Andrey Simakov2, Felipe Castilln2. 1Facultad de Ciencias, UABC, Ensenada, BC. 2Centro de Ciencias de la Materia

Condensada, Ensenada BC. El oro metlico es un catalizador activo en ciertas reacciones cuando se encuentra finamente dividido y soportado sobre algn xido metlico. Sus propiedades catalticas ms notorias se presentan en la oxidacin del CO a temperaturas cercanas a la ambiental [1]. Los catalizadores de oro soportados sobre xido de ceria son de los ms activos que se encuentran. En el presente proyecto se trabaj en la sntesis de un catalizador de oro sobre un soporte de ceria de variedad comercial (CeO2, rea superficial: 22m2/g, tamao de cristales: 19.6nm), para despus analizar sus propiedades y compararlo con otro catalizador de oro sobre un soporte de ceria-zirconia (Al(0.7)-Ce-Zr-O). La sntesis del catalizador se realiz por el mtodo de deposicin-precipitacin utilizando HAuCl4 y urea sobre ceria comercial y Al(0.7)-Ce-Zr-O (~3% Au). Posteriormente, se observaron las propiedades del catalizador mediante tratamientos como TPR (por H2) y TPO (por O2), en un intervalo de 50 C a 350C, y UV-vis (espectroscopia de reflectancia difusa). A otras porciones previamente tratadas se les analizo con XPS, mientras que para otra muestra del catalizador fresco se midi el rea superficial. La actividad cataltica se llev a cabo bajo el flujo de una mezcla gaseosa de 1% CO + 0.5% O2, 1% Ar y 97.5% He a diferentes temperaturas y se registr por espectrometra de masas. La evolucin de las muestras al ser tratadas por TPO y TPR se present en dos etapas: durante los primeros 200 oC se formaron cmulos de oro, mientras que en el resto del proceso se formaron partculas de oro metlico. Se observ una interaccin mutua entre las especies de oro y el xido de ceria; esto implica que el oxido de ceria permite estabilizar cationes de oro incluso despus de los tratamientos de hidrogeno a altas temperaturas. Por otro lado, se encontr que las especies de oro finamente dispersas activaron la reduccin del soporte de ceria a temperaturas moderadas. Los principales cambios en el estado electrnico del oro se encontraron entre los 200oC y 250oC en ambos tratamientos. Debido a que los gases ejercieron poca influencia en la evolucin de las especies de oro, el factor de cambio es en su lugar la descomposicin trmica. Sin embargo, bajo la influencia del hidrgeno, las partculas de oro resultan ser de mayor tamao que al ser tratadas con oxgeno. Por otro lado, el tamao de las partculas tambin depende de la naturaleza del soporte, siendo ms pequeas sobre xido de ceria puro. En cuanto a la actividad cataltica, se encontr que los catalizadores soportados sobre oxido de ceria puro son menos activos que aquellos soportados sobre xidos mixtos (Al(0.7)-Ce-Zr-O). Por ltimo, las diferencias en la actividad cataltica de ambos soportes depende de la naturaleza de stos: entre ms pequeos son los cristales de especies de xido de ceria en una mezcla de xidos, la formacin de cmulos de oro predomina sobre la formacin de partculas (menos activas que las primeras), al contrario de lo que sucede sobre el soporte de xido de ceria puro. [1] Zanella, R.; Giorgio, S.; Henry, C. R.; Louis, C. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 7634-7642.




Catalizadores de oro soportados sobre xido de ceria.xido de cerio comercial y xido de cerio mezclado con xido de aluminio

Nastia Huerta1, Elena Smolentseva2, Andrey Simakov2, Felipe Castilln.1Facultad de Ciencias, UABC, Ensenada, Baja California.

2Centro de Ciencias de la Materia Condensada, UNAM, Ensenada, Baja California.

La sntesis del catalizador se realiz por el mtodo de DP utilizando HAuCl4 y urea sobre ceria comercial (rea superficial: 22 m2/g), (~3% Au). La muestra se lav y se filtr con NH4OH (25M) y agua, dejndose secar a temperatura ambiente durante 12 horas. Posteriormente, se observaron las propiedades del catalizador mediante tratamientos como TPR (por H2) y TPO (por O2), en un intervalo de 50 C a 350 C, y UV-vis. A otras porciones previamente tratadas se les analizo con XPS, mientras que para otra muestra del catalizador fresco se midi el rea superficial. La actividad cataltica se llev a cabo bajo el flujo de una mezcla gaseosa de 1%CO+0.5%O2, 1%Ar y 97.5%He a diferentes temperaturas y se registr por espectrometra de masas.

MMtodo Experimental:todo Experimental:

Secado a TA

Cambio del Cambio del pHpH de la solucide la solucin n de precursor de oro durante de precursor de oro durante

DP.DP.

ResultadosResultados

AuAu--Al(0.7)Al(0.7)--CeCe--ZrZr--O O AuAu--CeOCeO22 ((comercialcomercial))

20 30 40 50 60 70 80 90

tamano de cristales de CeO2 com ~19.6 nm

CeO2 com Al(07)-Ce-Zr-O

Inte

nsid

ad

2

Estructura de los soportes por Estructura de los soportes por DifracciDifraccin de Rayos Xn de Rayos X

200 300 400 500 600 700 800

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

Au+, Au3+

Au-

AuoAu-Al(0.7)-Ce-Zr-O TPR by H2

Abso

rban

ce a

rb. u

nits

Wavelength, nm

UVUV--visvis

TPRTPR

100 200 300 400 5000

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0 CO2 + N2O N2

Mas

s in

tens

ity, a

.u.

T, oC

H2

Hyg

roge

n up

take

, %v

92 90 88 86 84 82 80 780

2800

5600

8400

11200

14000

16800

19600

22400

25200

28000

Au3+Au+

Au-

Auo

Inte

nsity

Binding Energy (eV)

Au 4f

XPS XPS muestra frescamuestra fresca

92 90 88 86 84 82 80 780

480

960

1440

1920

2400

2880

3360

3840

4320

4800

Au+Au-Au3+

Auo

Inte

nsity

Binding Energy (eV)

Au 4f

XPS XPS TPRTPR

Conclusiones:Conclusiones: La evolucin de las muestras al ser tratadas por TPO y TPR se present en dos etapas: durante los primeros 200 oC se formaron cmulos de oro,

mientras que en el resto del proceso se formaron partculas de oro metlico.

Se observ una interaccin mutua entre las especies de oro y el xido de cerio; esto implica que el oxido de cerio permite estabilizar cationes de oro incluso despus de los tratamientos de hidrogeno a altas temperaturas.

Las especies de oro finamente dispersas activaron la reduccin del soporte de ceria a temperaturas moderadas.

Los principales cambios en el estado electrnico del oro se encontraron entre los 200 oC y 250 oC en ambos tratamientos, donde el factor de cambio es la descomposicin trmica, en lugar de la interaccin con los gases.

En TPO, la oxidacin parcial del amoniaco con O2 gaseoso permite la reduccin de las especies de oro de una manera menos fuerte y la formacin de partculas de oro de menor tamao.

El tamao de las partculas tambin depende de la naturaleza del soporte, siendo ms pequeas sobre xido de cerio puro.

En cuanto a la actividad cataltica, se encontr que los catalizadores soportados sobre oxido de cerio puro son menos activos que aquellos soportados sobre xidos mixtos (Al0.7-Ce-Zr-O).

Las diferencias en la actividad cataltica de ambos soportes depende de la naturaleza de stos: entre ms pequeos son los cristales de especies de xido de cerio en una mezcla de xidos, la formacin de cmulos de oro predomina sobre la formacin de partculas (menos activas que las primeras), al contrario de lo que sucede sobre el soporte de xido de cerio puro.

Referencias:Referencias:[1] Zanella, R.; Giorgio, S.; Henry, C. R.; Louis, C. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 7634-7642.

Agradecimientos:Agradecimientos:DGAPA-UNAM, Proyecto No.

PE104005 y Proyecto No. 120706-3.A los investigadores y compaeros

que hicieron posible el evento.

200 300 400 500 600 700 800-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4 Au-CeO2 com TPO

Abso

rban

ce, a

.u.

Wavelength, nm

0 50 100 150 200 250 300 350 4000

2

4

6

8

10

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

Cons

umo

de o

xyge

no,

mol

O2/g

/s

T, oC

O2

180 mol O2/g/s

Mas

s in

tens

ity, a

.u.

NO N2

CO2 +N2O

NH3

H2O

UVUV--visvis

TPOTPO

Auo

Au+, Au3+

Au

200 300 400 500 600 700 800-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4Au-CeO2 com TPR by H2

Abso

rban

ce, a

.u.

Wavelength, nm

0 50 100 150 200 250 300 350 4000

10000

20000

30000

40000

0

2

4

6

8

H2

NH3

Mas

s in

tens

ity, a

.u.

T, oC

366 mol H2/g

CAT

H2O

N2-CO?

N2OCO2 C

onsu

mo

de H

idro

geno

m

olH

2/g/s

TPRTPR

UVUV--visvisAuo

Au-Au+, Au3+

El oro metlico es un catalizador activo en ciertas reacciones cuando se encuentra finamente dividido y soportado sobre algn xido metlico. Sus propiedades catalticas ms notorias se presentan en la oxidacin del CO a temperaturas cercanas a la ambiental [1]. Los catalizadores de oro soportados sobre xido de cerio son de los ms activos que se encuentran.

IntroducciIntroduccin:n: Objetivo:Objetivo: Sintetizar un catalizador de oro soportado sobre dos soportes diferentes y estudiar la evolucin de los estados del oro a travs de tratamientos distintos, TPO y TPR.

CeO2

Hidrlisis y deposicin del precursor de oro

Especies de Oro

Muestra Fresca

CeO2

Especies de OroMolculas de precursor de oro

TPO

TPR

CeO2

H2O CO2 NH3

NH3 + O2Compuestos Nitrogenados

(N2, NO, N2O)

Au3+ + NH3 Auo + Compuestos Nitrogenados

(N2, NO, N2O)

O=C

NH2

NH2

+ H2O CO2 + NH3 NH3 + [O]Compuestos Nitrogenados

(N2, NO, N2O)

NH4OH NH3 + H2O

Au3+ + H2 Auo + H2O

Ce4+ + H2 Ce3++ H2O

Ce4+ + NH3 Ce3+

(20 (20 200) 200) ooCC

CeO2

Au(cationes)

Au(cmulos) Au

(partculas) (200 (200 350) 350) ooCC

EvoluciEvolucin de las especies en reacciones de TPO y TPRn de las especies en reacciones de TPO y TPR

0 5 10 15 20 250

20

40

60

80

100

Au-Al2O3-Ce0.5Zr0.5O2(30) despues TPR13 (g

CAT x h x mol CO-1)

Au-CeO2 despues de TPR15 (g

CAT x h x mol CO-1)

Au-CeO2 com despues de TPO15 (g

CAT x h x mol CO-1)

Con

vers

ion

de C

O, %

Tiempo, min

ConversiConversin de CO por los n de CO por los diferentes soportes con distintos diferentes soportes con distintos

tratamientos a TAtratamientos a TA

40 60 80 100 1200

20

40

60

80

100

Au-CeO2 com despues de TPO15 (g

CAT x h x mol CO-1)

Au-CeO2 despues de TPR15 (gCAT x h x mol CO

-1)

Con

vers

ion

de C

O, %

T, oC

Actividad catalActividad cataltica en oxidacitica en oxidacin de COn de COConversiConversin de CO a n de CO a temperatura variabletemperatura variable

0 50 100 150 200 2500

1

2

3

4

5

6

7

8

9

pH

Tiempo, min

NH4OH NH3 + H2O

Au3+ + NH3 Auo + Compuestos Nitrogenados

(N2, NO, N2O)

O=C

NH2

NH2

+ H2O CO2 + NH3

Contenido de Oro:152 mol Au/g

92 90 88 86 84 82 80 780

5000

10000

15000

20000

Au4f

Inte

nsid

ad

Energia de enlace (eV)

Auo

Au-

XPS XPS TPRTPRXPS XPS TPOTPO

92 90 88 86 84 82 80 780

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000Au4f

Inte

nsid

ad

Energia de enlace (eV)

Auo

Au-

Au+

Au3+

200 300 400 500 600 700 800

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

Au-Al(0.7)-Ce-Zr-O TPO

Abs

orba

nce,

a.u

.

Wavelength, nm

Auo

Au-

Au+, Au3+

Jvenes a la investigacin 2007 12 18 de junio- 6 de julio del 2007

Aplicaciones tecnolgicas de los materiales piezoelctricos

Jess Rigoberto Herrera Garca Facultad de Ingeniera, Universidad Autnoma de Baja California, Blvd. Benito Jurez esq.

Calle de la Normal Col. Insurgentes Este C.P. 21280, Mexicali B.C. Mxico Jess Siqueiros, Jorge Portelles, Pedro Casillas

Centro de Ciencias de la Materia Condensada de la Universidad Nacional Autnoma de Mxico. Km. 107, carretera Tijuana-Ensenada, C.P. 22800, Ensenada, B.C, Mxico

Para este trabajo se analiz y se investig una de las aplicaciones ms interesantes de los materiales piezoelctricos. Estos materiales pertenecen al grupo de los ferroelctricos. El fenmeno de piezoelectricidad consiste en el hecho de que al aplicar un esfuerzo mecnico sobre un material piezoelctrico polarizado, en ste se generan cargas libres, formando as una diferencia de potencial entre sus caras. Este fenmeno tambin se presenta a la inversa, esto es, los materiales se deforman bajo la accin de fuerzas internas al ser sometidos a un campo elctrico. El efecto piezoelctrico es normalmente reversible por lo que al dejar de someter los cristales a un voltaje exterior o campo elctrico, recuperan su forma. Los materiales piezoelctricos pueden remplazar a tres componentes electrnicos, a saber: resistencia, condensador e inductor, lo que permite que disminuya el peso y las dimensiones de los circuitos elctricos. Una de las aplicaciones interesantes de los piezoelctricos son los encendedores electrnicos. En su interior llevan un cristal piezoelctrico que es golpeado de forma brusca por el mecanismo de encendido. Este golpe seco provoca una elevada diferencia de potencial elctrica capaz de crear un arco voltaico o chispa la cual se aprovecha para encender el combustible. El estudio se efectu en varios dispositivos donde se analiz su respuesta en funcin de la frecuencia. Se observa, principalmente, la frecuencia de resonancia, que es aqulla donde los efectos inductivos y capacitivos son nulos, lo que permite tener la mxima corriente. Al aplicar una presin a la muestra piezoelctrica, se produce un pulso de voltaje entre sus terminales que, en nuestro caso, fue de 12.36 kV, con un tiempo de duracin de 15.55 s. Estos valores se obtuvieron en un osciloscopio y para ello fue necesario el diseo de un atenuador. Como resultado final de esta investigacin se obtuvo la caracterizacin electromecnica de una muestra piezoelctrica y la demostracin de su capacidad como parte de un dispositivo de aplicacin prctica como un encendedor.


Jess Rigoberto Herrera Garca1, J. M. Siqueiros2, J. J. Portelles2

1Facultad de Ingeniera, Universidad Autnoma de Baja California, Blvd. Benito Jurez esq. Calle de la Normal Col. Insurgentes Este C.P. 21280, Mexicali B.C. Mxico.2,Centro de Ciencias de la Materia Condensada, U.N.A.M. Km. 107, Carretera Tijuana-Ensenada, C.P. 22800, Ensenada, B.C, Mxico.

Conclusiones

El cientfico aporta el conocimiento puro en la mayora de las ocasiones, es muy difcil que a la par encuentre aplicaciones tangibles a sus investigaciones. El papel del ingeniero ser entonces desarrollar nueva tecnologa aprovechando el trabajo del investigador.

En este trabajo se ha caracterizado la respuesta electromecnica de un dispositivo piezoelctrico utilizado como generador de chispa en un encendedor.

Se obtuvieron la forma y la amplitud del pulso elctrico como respuesta a un esfuerzo mecnico aplicado externamente.

Se caracteriz la respuesta en frecuencia de las muestras piezoelctricas utilizadas en el dispositivo obtenindose sus frecuencia de resonancia y sus primeros armnicos.

Con los conocimientos de impedancia, resonancia y respuesta en frecuencia del piezoelctrico, se tienen bases importantes para la fabricacin de nuevos dispositivos.

Introduccin.

El efecto piezoelctrico es normalmente reversible, al dejar de someter los cristales a un campo elctrico externo, recuperan su forma.Estos materiales pueden remplazar a tres componentes electrnicos: resistencia, condensador e inductor, lo que permite que disminuya el peso y las dimensiones de los circuitos elctricos.

Directo

Inverso

Al aplicar un esfuerzo mecnico sobre un material piezoelctrico polarizado, en ste se generan cargas libres, formando as una diferencia de potencial entre sus caras. Este fenmeno tambin se presenta a la inversa, esto es, se deforman bajo la accin de fuerzas internas al ser sometidos a un campo elctrico.

Qu es un ferroelctrico?

10 20 30 40 50 60 70 80-0.02

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Tan

Tan

Temperature (oC)

Tc

Lazo de histresis

Se dice que un material es ferroelctrico cuando presenta una polarizacin elctrica espontnea que pude ser invertida mediante la aplicacin de un campo elctrico externo.

Al generar una presin sobre una lmina de PZT se produce una tensin suficiente como para formar un arco elctrico( chispa) entre dos lminas. Este fenmeno se aprovecha para encendedores donde oprimiendo fuertemente un botn se genera una chispa y mantenindolo pulsado se mantiene una salida de gas, y se consigue formar una flama.

Encendedor piezoelctrico.

Resultados.

El estudio se efectu a varios dispositivos donde se analiz su respuesta en funcin de la frecuencia, se observa principalmente la frecuencia de resonancia, es en esta donde los efectos inductivos y capacitivos son nulos, lo que permite tener la mxima corriente; otro aspecto importante es la impedancia equivalente del piezoelctrico este parmetro tambin depende de la frecuencia.

Despus de efectuar varios experimentos con el osciloscopio, se calcul el valor promedio de el pulso (a) dando como resultado una amplitud de 12.36 KV, y una duracin de ancho de pulso de 15.55 s. Para efectuar dichas mediciones en el aparato se dise un divisor de tensin. Para diferente fuerza aplicada, existe unapresin diferente entre los piezoelctricospor lo que tanto la magnitud como el ancho de pulso se ven afectados.

En la imagen (b) se puede visualizar el atenuador que se dise para efectuar la medicin. La amplitud del pulso es entonces 304.03 veces el valor del voltaje de salida.

Medicin del pulso

(a)

(b)

Para este trabajo se analiz y se investig una de las aplicaciones ms interesantes de los materiales piezoelctricos. Estos materiales pertenecen al grupo de los ferroelctricos. El fenmeno de piezoelectricidad consiste en el hecho de que al aplicar un esfuerzo mecnico sobre un material piezoelctrico polarizado, en ste se generan cargas libres, formando as una diferencia de potencial entre sus caras. Este fenmeno tambin se presenta a la inversa, esto es, los materiales se deforman bajo la accin de fuerzas internas al ser sometidos a un campo elctrico. El efecto piezoelctrico es normalmente reversible por lo que al dejar de someter los cristales a un voltaje exterior o campo elctrico, recuperan su forma. Los materiales piezoelctricos pueden remplazar a tres componentes electrnicos, a saber: resistencia, condensador e inductor, lo que permite que disminuya el peso y las dimensiones de los circuitos elctricos. Una de las aplicaciones interesantes de los piezoelctricos son los encendedores electrnicos. En su interior llevan un cristal piezoelctrico que es golpeado de forma brusca por el mecanismo de encendido. Este golpe seco provoca una elevada diferencia de potencial elctrica capaz de crear un arco voltaico o chispa la cual se aprovecha para encender el combustible.Al aplicar una presin a la muestra piezoelctrica, se produce un pulso de voltaje entre sus terminales que, en nuestro caso, fue de 12.36 kV, con un tiempo de duracin de 15.55 s. Estos valores se obtuvieron en un osciloscopio y para ello fue necesario el diseo de un atenuador.Como resultado final de esta investigacin se obtuvo la caracterizacin electromecnica de una muestra piezoelctrica y la demostracin de su capacidad como parte de un dispositivo de aplicacin prctica como un encendedor.

Resumen.

Jvenes a la Investigacin 2007 13 18 de junio 6 de julio de 2007


A partir de la dcada de los aos cincuenta, la introduccin de las cermicas piezoelctricas como el Titanato de Bario (BaTiO3), el Zirconato-Titanato de Plomo (PbZrO3) y otros sistemas complejos, provoca una gran evolucin, crendose nuevos dispositivos como:

Generadores de ultrasonido en transmisores y alarmasEquipos de terapia en medicina Sonares en submarinosMquinas microelctricas (MEM)TransformadoresActuadores

Se obtuvo la curva resonante de las cermica piezoelctricas por el mtodo de resonancia electromecnica la cual es utilizada para caracterizar sistemas piezoelctricos, es decir, cermicas y capas delgadas que se encuentran previamente polarizadas, determinando sus diferentes modos de vibracin, su frecuencia fundamental y sus armnicos. El circuito que se emplea para dicha medicin es bsicamente el siguiente:

Fotografa del aparato, para caracterizar piezoelctricos.

Para caracterizar las cermicas se hace un barrido en frecuencia para ver su comportamiento con respecto a este parmetro, el sistema otorga como salidas la magnitud del voltaje de salida as como su desfasamiento, por lo que para conocer su impedancia se utiliz la siguiente ecuacin:

)))(*())cos(*( 22222 senVVRR

VVRZ

out

i

out

i +=

Donde la fase = tan-1 [ Im{Z}/Re{Z}]

Bibliografa.

Ferroelectric Devices, Kenji Uchino,

Piezoelectric ceramics, Bernard Jaffe

Agradecimientos.

Se agradece al Ing. Pedro Casillas su asesora tcnica.

Al Dr. Jess Heiras por el apoyo brindado, a todos los organizadores del evento.

Trabajo, apoyado por DGAPA-UNAM, Proyecto No. PE104005


Catalizador de Au soportado en CeO2 Estudio del efecto del proceso de Oxidacin

C. Alvarez1, A. Simakov2, E. Smolentseva,2, F. Huerta3, R. Rangel3, F.Castilln2. 1. Instituto Tecnolgico de Sonora, Unidad Ninari. Obregn, Sonora.

2. Centro de Ciencias de la Materia Condensada. UNAM. Ensenada, B.C. 3. Universidad Michoacana de San Nicols de Hidalgo. Morelia, Mich.

Muchos de los catalizadores disponibles para el rompimiento cataltico contienen elementos de la familia de los lantnidos incluyendo cerio [1].Una de las principales aplicaciones tecnolgicas, que esta en constante crecimiento en importancia para cerio es en el control de contaminantes en las emisiones de los vehculos. La habilidad del xido de cerio para actuar como agente oxidante descansa en el potencial de los derivados de cerio como aditivos en la combustin. Para reducir la emisin de agentes contaminantes como el CO y NOx se usa derivados de cerio para esta aplicacin [2].

El Oro (Au), llega a ser cataliticamente activo en reacciones qumicas cuando es finamente dividido y soportado en xidos metlicos [3]. Siendo el uso mas relevante de estos catalizadores de Au, los estudiados inicialmente por Haruta et al en 1987 en el proceso de Oxidacin de CO a temperaturas mas bajas que la temperatura ambiental.

La preparacin de Au/CeO2 se realiz mediante la tcnica de Deposicin Precipitacin, usando como agente precipitante Urea (CO(NH2)2). En el metodo DP, el metal precursor (HAuCl4) es agregado a una suspensin acuosa del soporte (nanotubos de CeO2) y consecuentemente precipitado como un hidrxido elevando el pH. La superficie del soporte acta como agente nuclente, permitiendo que la mayor parte del precursor activo este siendo adherido al soporte.

Las muestras fueron sometidas a un tratamiento de Oxidacin Trmica Programada(TPO, por sus siglas en ingls), utilizando AMI-M de Altamira Instruments, partiendo de temperatura ambiente hasta los 350 C, a una velocidad de calentamiento de 20 C/min. Para estudiar el efecto de la estructura electrnica del catalizador se empleo al mismo tiempo espectroscopa UV-Visible CARY 300 SCAN (VARIAN) en un rango de 200 a 850 nanmetros (nm), siendo medidos a cada incremento de 50 C. Para analizar el estado de oxidacin del Au en este soporte de nanotubos de Ceria (CeO2), se utiliz espectroscopa de fotoelectrones de rayos X (XPS). Se estudiaron las propiedades texturales mediante la determinacin del rea superficial especfica SBET utilizando Adsorcin de Nitrogeno,usando Micromeritics Gemini. Tambin se estudi la morfologa y composicin qumica del catalizador mediante Microscopa Electrnica de Barrido (SEM) y Electrones Retrodispersados. La actividad cataltica se determin mediante la conversion de CO a CO2. Esta evaluacin se realiz en un reactor de lecho poroso en un rango de temperatura de 24 a 350 C. Agradecimientos: Los autores de este trabajo agradecen la asistencia tcnica de E. Flores Aquino, I. Gradilla y a J. A. Daz. [1] Wachtere W. Nguyen V., U.S. Patent 6,022,471. 8 February 2000. [2] Funabiki M. et al. Catal. Today. 10 (1991), 33; Wu J. et al. Pat. WO 98/13139 [3] Haruta, M. The Abilities and Potential of Gold as a Catalyst; Report No. 393; The Osaka National Research Institute: Osaka, Japan, 1999; pp 1-93.




Cristian Alvarez ArmentaInstituto Tecnolgico de Sonora

C. Alvarez1, A. Simakov2, E. Smolentseva2, F. Huerta3, R. Rangel3, F. Castilln2.

1. Instituto Tecnolgico de Sonora, Unidad Ninari. Obregn, Sonora. 2. Centro de Ciencias de la Materia Condensada. UNAM. Ensenada, B.C. 3. Universidad Michoacana de San Nicols de Hidalgo. Morelia, Mich.

IntroduccinActualmente fue descubierto que los catalizadores de oro tienen alta actividad cataltica en la oxidacin de CO, la cual cambia segn el tamao de especies de oro, se sabe que la actividad cataltica ms alta se presenta en partculas de entre 2-5 nm. Estas pequeas especies pueden ser estabilizadas en materiales porosos. La interaccin qumica de especies de oro con el soporte puede llegar a incrementar la actividad del catalizador.

MetodologaPreparacin de nanotubos de CeO2 (F. Huerta).Preparacin de Au/CeO2 mediante el mtodo D-P utilizando Urea CO(NH2)2 como agente precipitante.Tratamiento de Oxidacin Trmica Programada hasta 350 C.Medicin del espectro en la zona UV-Visible (200 850 nm) en conjunto con el experimento TPO.Determinacin del rea superficial utilizando el mtodo BET.Determinacin del estado de Oxidacin mediante Espectroscopa de fotoelectrones de rayos-x (XPS).Determinacin de la Actividad Cataltica con una mezcla de gases de CO 1%, O2 0.5%, Ar 1%.

Tratamiento de Oxidacin a Temperatura Programada (TPO)

200 300 400 500 600 700 8000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0 300 oC 350 oC250 oC200 oC150 oC 100 oC 50

oC Fresh

Abso

rban

ce

Wavelength, nm

Figura 1. Espectroscopa UV- Visible de la muestrade AuCeO2 en un rango de 200 nm a 850 nm .

Estudio de la morfologa y Composicin del Catalizador

Figura 2. Estudio de la morfologa de la muestra fresca de Au3%CeO2, mediante Microscopa Electrnica de Barrido (SEM) y Electrones retrodispersados.

Figura 3. Estudio de la morfologa de la muestra Au3%CeO2 despus de TPO,mediante Microscopa Electrnica de Barrido (SEM) y Electrones retrodispersados.

Figura 4. Composicin de la muestra de AuCeO2 despus de TPO, usando SEM y Electrones Retrodispersados.

96 94 92 90 88 86 84 82 80 78 760

700

1400

2100

2800

3500

4200

4900

5600

6300

7000

85.2 ev Au+

86.2 ev Au3+

84.2 ev Au0

82.5 ev Aunanopartculas

Inte

nsity

Binding Energy (Ev)

Au4f Au CeO2 nano TPO

Anlisis del Estado de OxidacinDel Au en el soporte de CeO2

Figura 6. Ventana de alta resolucin de Au4f de XPS de catalizador de AuCeO2 nano

despus de TPO a 350 en atm. De 100% 02

Determinacin de la Actividad Cataltica

40 60 80 100 1200

20

40

60

80

100

24oC, 0.0191 g, 1%CO+0.5%O2, 5o/min9.7 (gCAT x h x mol CO

-1)

3% Au/CeO2 nanotubos despues de TPO

Con

vers

ion

de C

O, %

Temperatura, oC

0 2 4 60

20

40

60

80

100

3% Au/CeO2 nanotubos despues de TPO

24oC, 0.0191 g, 1%CO+0.5%O29.7 (gCAT x h x mol CO-1)

0.026 ( mol CO x mol Au-1 x s-1)

0.045 ( mol CO x mol Au-1 x s-1)

Con

vers

ion

de C

O, %

Tiempo, min3400 3500

0,0

0,1

0,2

Adsorcion de O2 a 107oC

208 mol O/g (152 mol Au/g)

Conc

entra

cion

de

oxig

eno,

%

Tiempo, s

5400 55000,0

0,1

0,2

Adsorcion de O2 a 193oC

252 mol O/g (152 mol Au/g)

Conc

entra

cion

de

oxig

eno,

%

Tiempo, s 800 1200 16000,0

0,4

0,8

Tiempo, s

% CO%O2%CO2 %Ar

Inte

nsid

ad d

e Se

al d

e m

asa,

a.u

.

Figura 7. % de conversin de CO, a temperaturaambiente (24 C). Figura 8. % de conversin de CO en funcin de

la temperatura.Figura 9. Adsorcin de Oxigeno a una T= 107 C.

Figura 10. Adsorcin de Oxigeno a una T= 193 C.

Conclusiones

El catalizador de Au/CeO2 presenta una conversindel 21% a Temperatura ambiente (24 C), al incrementar la temperatura hasta 87 C la conversin aumenta hasta 100%. La conversin se llevo a menor temperatura debido a la dispersin de Aucomo consecuencia de los tratamientos trmicos.La interaccin Soporte/catalizador proporciona una mayor cantidad de sitios activos.Debido al proceso de Oxidacin en la superficie del metal, se tiene la presencia de nanopartculas de Au, y Au, as mismo, se tiene la contribucin de Au+1 y Au3+.

Estudiar la interfase Au/CeO2 en la Oxidacin de CO2Objetivo:

Agradecimientos: Los autores de este trabajo agradecen la asistencia Tcnica de E. Flores, I. Gradilla y J. A. Daz.Trabajo, apoyado por DGAPA-UNAM, Proyecto No. PE104005 .

Referencias:*Wachtere W. Nguyen V., U.S. Patent 6,022,471. 8 February 2000.* Funabiki M. et al. Catal. Today. 10 (1991), 33; Wu J. et al. Pat. WO 98/13139*Haruta, M. The Abilities and Potential of Gold as a Catalyst; Report No. 393;The Osaka National Research Institute: Osaka, Japan, 1999; pp 1-93.


Nanopartculas en el diagnstico y tratamiento de enfermedades

Morales Contreras Ruth Noemy1, Cota Araiza Ernesto 2

1Facultad de Ciencias, Universidad Autnoma de Baja California Km. 105 Carretera Tijuana-Ensenada C. P. 22800 Ensenada B. C. Mxico

2Centro de Ciencias de la Materia Condensada-UNAM Km. 107 Carretera Tijuana-Ensenada C. P. 22800 Ensenada B. C. Mxico

Una de las aplicaciones de la ciencia que ms se han desarrollado durante los ltimos aos es la nanotecnologa la cual tiene muchas aplicaciones en diversas ramas como la biologa, la electrnica, la medicina, etc. La nanotecnologa se entiende como el estudio, diseo, creacin, sntesis, manipulacin y aplicacin de materiales, aparatos y sistemas funcionales a travs del control de la materia a escalas muy pequeas (10-9 m) y la explotacin de fenmenos y propiedades de la materia a dicha escala [1], ya que la materia presenta distintas propiedades en la escala nanomtrica que en la macroscpica. En resumen nos llevara a la posibilidad de fabricar nuevos materiales y mquinas a partir del reordenamiento de tomos y molculas. Entre los diferentes tipos de pequeas estructuras que se pueden obtener con esta tecnologa se encuentran las nanopartculas. Estas son estructuras de dimensin cero dentro del rgimen nanomtrico, es decir, las tres dimensiones de dicha estructura se ubican en un rango muy pequeo de 1 a 100 nanmetros y su comportamiento es muy similar a un solo tomo (espintrnica). Una aplicacin importante de las nanopartculas es en el campo de la medicina, para diagnosticar y tratar distintos tipos de enfermedades. En este trabajo, se presentan algunos ejemplos de aplicacin de nanopartculas en el diagnstico de enfermedades. Se discuten diferentes mtodos de tratamiento usando dispositivos nanomtricos para transportar y aplicar el medicamento en la regin afectada. Tambin se discute la importancia que juegan los biomateriales en mtodos regenerativos de tejidos y rganos. Finalmente, se analizan los posibles riesgos que implica el uso de nanopartculas cuyos efectos de toxicidad en el organismo aun no estn bien entendidos. [1] Boletn de la Sociedad Mexicana de Fsica, volumen 20, numero 4, octubre-diciembre de 2006.




Nanopartculas en el diagnstico y tratamiento de enfermedadesMorales Contreras Ruth Noemy1, Ernesto Cota Araiza 2

1Facultad de Ciencias, Universidad Autnoma de Baja California, Km. 105 Carretera Tijuana-Ensenada C. P. 22800 Ensenada B. C. Mxico.2Centro de Ciencias de la Materia Condensada-UNAM, Km. 107 Carretera Tijuana-Ensenada C. P. 22800 Ensenada B. C. Mxico.

Bibliografas:1-. Boletn de la Sociedad Mexicana de Fsica, volumen 20, numero 4, octubre-diciembre de 2006.2-. http://www.eetimes.com/news/latest/showArticle.jhtml3-. http://www.euroresidentes.com/Blogs/avances_tecnologicos/2004/11/nanotecnologia-y-nuevos-tratamientos.htm4-. http://al-quimicos.blogspot.com/2007/05/nanobiosensores-pticos.htmlFigura 1. www.britannica.comFigura 2. http://www.madrimasd.org/revista/revista34/tribuna/tribuna3.aspFigura 4. http://www.genciencia.com/2006/03/09-la-ingenieria-molecular-y-la-nanotecnologia-es-parte-de-nuestro-futuro.Figura 6-. http://www.noticias21.com/modules.phpFigura 8 y 10. http://www.madrimasd.org/revista/revista35/tribuna/tribuna2.aspFigura 11. http://www.azonano.com/details.asp?ArticleID=1466Figura 12. http://www.csuohio.edu/chemical_engineering/ABE/Research.htm

Nanomateriales: Son estructuras donde al menos una de sus dimensiones es del orden nanomtrico. Su clasificacin es la siguiente:a) De dimensin cero: las tres dimensiones se ubican en el rgimen nanomtrico (ej. nanopartculas de oro).b) De una dimensin: tienen una longitud variable, conservan una sola dimensin en el rgimen de nanmetros.c) De dos dimensiones: con reas de tamao indefinido, mantienen su espesor en el orden de 1 a 100 nanmetros.d) De tres dimensiones: en la que los slidos tridimensionales estn formados por unidades nanomtricas.1

Nanotecnologa:Extensivamente utilizada para definir las ciencias y tcnicas de estructuras que se aplican a nivel nanoescalar (1 a 100 nanmetros), donde se observan nuevas propiedades de la materia (confinamiento cuntico). Se divide en top-down y bottom-up.

NANODIAGNSTICO

Su objetivo es identificar la aparicin de enfermedades en una etapa temprana a nivel molecular (idealmente al nivel de una slo clula), utilizando nanopartculas o nanodispositivos.2 Se pueden utilizar puntos cunticosfabricados de material semiconductor, se recubre la superficie de la nanopartcula con molculas biolgicas que presenten cierta afinidad hacia un compuesto especfico (presente en la parte afectada), as cuando el punto cuntico se acerque a la muestra ambas se unirn. La interaccin entre ellas se detecta irradiando las nanopartculas con luz ultravioleta y observando su emisin caracterstica.

Aplicacin de las nanopartculas para detectar el cncer.

Muchas clulas cancerosas presentan una protena, conocida como receptor del factor de crecimiento epidrmico (EGFR, por sus siglas en ingls) que las clulas sanas presentan en menor cantidad. Si se agrega una solucin conjugada (nanopartculas de oro unidas a un anticuerpo anti-EGFR) a una muestra de tejido, se puede verificar con un microscopio simple, que las clulas cancerosas brillan. Las partculas que responden mejor a este tratamiento son las de aproximadamente 35 nanmetros de tamao.

LIBERACIN CONTROLADA DE FRMACOS (tratamiento)

Para llevarla a cabo se necesita proteger al nanodispositivo durante su trnsito (para mantener sus propiedades fsico-qumicas y proteger a las otras partes del cuerpo), despus esta se libera a una velocidad apropiada para que sea efectivo. Estos dispositivos pueden atravesar poros y membranas celulares, lo que reduce las dosis de medicamento, aumenta su efectividad y minimiza los efectos secundarios. Se puedenutilizar nanopartculas, estas se clasifican segn el proceso seguido para su elaboracin.

Aplicacin en tratamientos para combatir el cncer

Lo que hace efectivo a este mtodo radica en las dimensiones de las nanopartculas. Estas tienen un dimetro de ~150 nm, que es el tamao ideal para atravesar los vasos sanguneos agujereados de un tumor.3 Esto permite la acumulacin de nanopartculas en el tumor ms que en otros tejidos, luego se irradia la zona con luz infrarroja para calentar el tejido y matar al tumor. Este mtodo slo ha sido probado en ratones, los resultados mostraron que los tumores desaparecieron a los seis das de aplicarles este tratamiento. Se espera que este tratamiento ayude a eliminar los tumores que caracterizan el cncer de pecho, prstata y pulmn.

Agradecimientos:

Trabajo, apoyado por DGAPA-UNAM, Proyecto No. PE104005Dr. Jorge Mata, por el apoyo brindado.

Nanomedicina: Desarrolla herramientas para prevenir y tratar enfermedades en el cuerpo humano, mediante el uso de nanopartculas.

Figura 5. reas de la aplicacin de la nanomedicina.

Figura 1. A la izquierda se muestra el auto ensamblado (bottom-up). A la derecha la reduccin de tamao (top-down).

Figura 2. Ilustracin de los tamaos de nanopartculas y distintos entes bolgicos.

Figura 3. Clasificacin de nanomateriales: a)0-D, nanopartculas de oro; b)1-D, fibras polimricas, c)2-D, pelculas polimricas y d)3-D, superred obtenida por auto ensamblaje de nanopartculas de oro.

Figura 6. Diagnstico in vitro de una muestra de tejido, las nanopartculas de oro se unen a las clulas cancerosas y las hacen brillar.

Figura 8. Vehculos de administracin de frmacos: a) Nanopartculas, b) Dendrmeros, c) Nanocpsulas polimricas y d) Liposomas.

Figura 9. Tipos de encapsulacinde frmacos.

Figura 10. Crecimiento de clulas de fibroplastosobre un sustrato nanoestructurado, mtodo usado en nanomedicina regenerativa.

Figura 7. Unin del anti-EGFR con las clulas cancerosas.

RESUMEN: Una de las aplicaciones de la ciencia que ms se han desarrollado en diferentes reas durante los ltimos aos es la Nanotecnologa, que consiste en la explotacin de fenmenos y propiedades de la materia a nanoescala (10-9 m). Es importante enfatizar que las propiedades fsicas y qumicas de la materia son diferentes a escala macroscpica que a escala microscpica (o nanoscpica). Uno de los campos donde se puede aplicar esta tecnologa es la medicina, con el fin de diagnosticar y tratar distintos tipos de enfermedades, en especial usando nanopartculas metlicas. Se discuten diferentes mtodos de tratamiento usando dispositivos nanomtricos para transportar y aplicar el medicamento en cierta regin afectada. Tambin se discute la importancia que juegan los biomateriales en mtodos regenerativos de tejidos y rganos. Finalmente, se analizan los posibles riesgos que implica el uso de nanopartculas cuyos efectos de toxicidad en el organismo aun no estn bien entendidos.

INTRODUCCIN

Figuras 4, 4b y 4c. Liberacin de los frmacos.

CONCLUSIONES

La Nanomedicina, permite diagnosticar y tratar enfermedades en etapas tempranascon tcnicas poco invasivas a travs de distintas nanoestructuras (nanopartculas). Aunque aun no esta claro cuales son los efectos que estos tienen en el organismo o en el medio ambiente, por lo que debera invertirse mas recursos para investigar sus efectos y as elaborar o mejorar las nanoestructuras para que no daen al ser humano.

AFECCIONES A LA SALUD

La nanotecnologa cuenta con muchos aspectos positivos, pero tambin existen riesgos. La causa por la que las nanopartculas son tiles, es por que el sistema inmunolgico no las detecta y por ende no las rechaza. Sin embargo esto ltimo tambin representa un problema, ya que no est claro lo que sucede finalmente con estas pequesimas partculas en los organismos vivos y hay cada vez ms evidencias de su toxicidad. Si bien la nanotecnologa representa un rea de grandes avances en el campo de la medicina, tambin es preciso evaluar su la toxicidad de cada proyecto o mtodo de tratamiento.

En los pases del primer mundo, de cada mil millones de dlares que se invierten en investigacin tecnolgica, se destinan aproximadamente diez millones a la realizacin de estudios orientados a determinar los riesgos implicados. 4

4b

4c

4a

NANOMEDICINA REGENERATIVA

Busca mejorar o restaurar la funcin de las clulas, tejidos y rganos, aplicando mtodos relacionados con la terapia gnica, terapia celular e ingeniera tisular.

Esta ltima pretende generar tejidos in vitro o in vivo, a travs de materiales biocompatibles que mimeticen respuestas celulares a nivel molecular (biomateriales). Estos son capaces de estimular la regeneracin del tejido, son bioactivos y biodegradables. Sirven como soporte sobre el que crecern las clulas una vez implantadas.

Figura 11. nanorobotmedico, seleccionando espermas defectuosos.

Figura 12.Dispositivo medico


Absorcin ptica De Nanopartculas Individuales

Lidia Chavira Saenz ([email protected])

Instituto Tecnolgico De Chihuahua Dr. Catalina Lpez Bastidas

CCMC-UNAM, Ensenada, BC

En la actualidad el uso de estructuras de tamao nanomtrico resulta de gran importancia tanto para aplicaciones tecnolgicas como para estudios fundamentales de ciencia bsica. A estas escalas los mtodos pticos convencionales resultan inadecuados para estudiar objetos individuales en parte debido a la baja eficiencia de los procesos involucrados que dependen del volumen de los dispersores. Es comn el estudio estadstico de ensambles de miles de partculas en donde se detectan promedios de la respuesta ptica de los componentes. Estas tcnicas enmascaran las propiedades individuales de cada partcula. Dado que las propiedades geomtricas de las partculas en un ensamble varan en general de una a otra, son necesarios modelos tericos complejos que incluyan efectos estadsticos para interpretar las mediciones experimentales en trminos de las caractersticas de las entidades dispersoras individuales. Sin embargo las ventajas de los mtodos pticos en comparacin con tcnicas de campo cercano o de microscopia electrnica como el hecho de que son no destructivos, pueden aplicarse in-situ, etc. han motivado la implementacin de tcnicas alternativas con la sensibilidad requerida. En este trabajo analizamos la tcnica de espectroscopia de modulacin espacial (SMS), una tcnica propuesta recientemente que involucra la deteccin de campo lejano de la luz dispersada por un nanoobjeto cuya posicin es modulada espacialmente en una direccin. La modulacin de la seal da lugar a una respuesta ptica con sensibilidad a la forma, tamao y orientacin de un objeto de tamao nanomtrico. La tcnica tiene la ventaja de dar informacin cuantitativa de los materiales nanomtricos, adems de que requiere luz de baja intensidad, mostrando una amplia gama de posibilidades para su modificacin y medida.

Memoria Jóvenes a la Investigación 2007

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