Física (plan 2002) 2014-2

Optativas, Temas Selectos de Física de Materiales I

Reunión para horario en el cubículo 306 del departamento de física:

Horario final: Miercoles de 12 a 14 hrs.

Temas Selectos de Física de Materiales (Nanoestructuras de Carbono)

Motivación:

Los cambios tecnológicos, son un resultado de las demandas políticas, sociales, económicas o ecológicas; actualmente, dichos cambios son dirigidos por una fuerte integración de las diferentes disciplinas científicas. Esto es el caso especial de la Nanotecnología, en donde la situación es arbitrariamente compleja dado el hecho de que el espectro de acción de la nanotecnología cubre todas las disciplinas de las ciencias naturales además de la medicina y la ingeniería. Dentro de la nano-ciencia-tecnología las diferencias clásicas entre la física, química y biología pierden su significado, sinónimo de una nueva visión de las ciencias naturales.

La investigación y desarrollo de los nanomateriales (materia prima de la nanociencia) debe considerar como ejes directores la innovación y la viabilidad económica. En cuanto a la innovación, se necesitan nano-herramientas, para explorar, analizar y manipular en nanoescala, procesos de ensamble molecular para la construcción de nuevos nanomateriales y nano-dispositivos, tecnologías de interfase entre sistemas biológicos y sintéticos y, finalmente, la creación de una nueva base de conocimiento en ciencias biológicas y medicina.

Por lo arriba expuesto, se concibe directamente que la Nanotecnología es un campo de conocimiento muy joven con un elevado grado de interdisciplinariedad; razón por la cual la educación en esta área apenas se está estableciendo, principalmente en niveles superiores al de licenciatura, sin embargo, se tiene el consenso de que el primer acercamiento a los conceptos básicos de esta nueva disciplina debería de darse a nivel bachillerato y una mayor profundización durante los estudios de Licenciatura. Una característica peculiar de todo este esfuerzo es que la mayoría de los desarrollos están orientados a generar materiales que impacten de forma directa en el bienestar de la sociedad. En este sentido y con el fin de obtener una visión más amplia y clara de la importancia de esta nueva disciplina, es de utilidad dividir el conocimiento generado en grandes grupos:

• Síntesis y generación de Materiales Nanoestructurados
• Control y manipulación de propiedades específicas y
• Aplicaciones.

Temario

Primera Parte Introducción a las Nanoestructuras de Carbono.

1. Introducción

1. Estructura Química del Carbono
2. Formas alotrópicas de Carbono
3. Acercamiento “Bottom-Up” y “Top-Down” de nanoestructuras
4. Energía Superficial
5. Potencial Químico como Función de la Curvatura Superficial
6. Estabilización Electrostática

2. Nanoestructuras Cero-Dimensionales: Fullerenos y Nanodiamante.

Métodos de Síntesis.

Propiedades Físicas

Propiedades Químicas.

3. Nanoestructuras Uni-Dimensionales: Nanotubos de Carbono

Métodos de Síntesis.

Propiedades Físicas

Propiedades Químicas.

4. Nanoestructuras Duo-Dimensionales: Grafeno y Películas Delgadas de Carbono.

Métodos de Síntesis.

Propiedades Físicas

Propiedades Químicas.

5. Modificación de Nanoestructuras de Carbono.

Funcionalización: Covalente, Desorpción y Traslape de Orbitales π.

Polimerización.

Segunda Parte Métodos de Caracterización de Nanoestructura de Carbono

1. Introducción a la Espectroscopia Raman e Infrarrojo

Espectroscopia Raman e Infrarrojo de Nanoestructuras de Carbono.

2. Introducción a la Espectroscopia de Absorción y Emisión Óptica (UV-Vis y Fluorescencia)

Espectroscopia UV-Vis y Fluorescencia de Nanoestructuras de Carbono.

3. Introducción a la Microscopia Electrónica: Barrido Electrónico (SEM) y Transmisión Electrónica (TEM)

Microscopia Electrónica SEM y TEM de Nanoestructuras de Carbono.

4. Introducción a la Microscopia de Barrido por Sonda: Fuerza Atómica (AFM) y Tunelaje (STM)

Microscopia de Fuerza Atómica Tunelaje de Nanoestructuras de Carbono.

5. Introducción a la Difracción de Rayos X (XRD)

Difracción de Rayos X de Nanoestructuras de Carbono.

Tercera Parte Aplicaciones de Nanoestructuras de Carbono.

1. Aplicaciones Electrónicas de Nanoestructuras de Carbono.
2. Aplicaciones Ópticas de Nanoestructuras de Carbono.
3. Aplicaciones Biológicas de Nanoestructuras de Carbono.

Bibliografía:

• Nanotechnology : assessment and perspectives / H. Brune, Berlin : Springer, c2006, 492 páginas
• Nanotechnology : basic calculations for engineers and scientists / Louis Theodore. Hoboken, New Jersey : Wiley-Interscience, c2006. 459 páginas.
• Nanotechnology for electronic materials and devices / Anatoli Korkin, Evgeni Gusev, Jan Labanowski, Serge Luryi, editors, Boston, Massachusetts : Springer, 2007, vii, 367 páginas.
• Springer handbook of nanotechnology / edited by Bharat Bhushan, Berlin : Springer, 2007, 1916 páginas
• Handbook of microscopy for nanotechnology / edited by Nan Yao, Zhong Lin Wang, Boston: Kluwer Academic Publishers, c2005, 731 páginas.