Memoria Jóvenes a la Investigación 2008 - CNyN

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Universidad Nacional Autónoma de México
Centro de Nanociencias y Nanotecnología
Memoria
Jóvenes a la Investigación 2008
Ensenada, Baja California, México
16 de junio al 4 de julio de 2007
Apartado Postal 356
Ensenada, BC, 22800, México
Km. 107 Carretera Tijuana_Ensenada
Ensenada, BC 22860, México
Tel. (646) 1744602 Fax (646) 1744603
www.cnyn.unam.mx
Comité organizador:
Jesús Leonardo Heiras Aguirre
Armando Reyes Serrato
Manuel Herrera Saldivar
Jorge Palomares Sánchez
Memoria del evento
Editores
Manuel Herrera Saldívar
Julio del 2008
Memoria
2008
Presentación
Esta memoria contiene el reporte del resultado de la participación
de jóvenes entusiastas e interesados en actividades de investigación
científica, que bajo la asesoría de miembros del personal
académico del Centro de Nanociencias y Nanotecnología, de la
Universidad Nacional Autónoma de México, en Ensenada Baja
California desarrollaron los temas que aquí se muestran.
El evento académico se efectuó del 16 de junio al 4 de julio del
2008 en las instalaciones del Centro de Nanociencias y
Nanotecnología. Todos los jóvenes participantes expusieron, el
último día del evento en la modalidad de cartel, los resultados de
su investigación.
Jóvenes a la Investigación 2008, reunió en esta ocasión a 30
estudiantes de diferentes partes de la Republica Mexicana, que por
sí mismos experimentaron la actividad de hacer investigación
científica.
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 aún no lo
han hecho.
El comité organizador:
Manuel Herrera Saldívar
AGRADECIMIENTOS
A la Dirección General de Apoyo al Personal Académico de la UNAM, que
a través del Proyecto “Jóvenes a la Investigación 2006” No. PE104005 del
Programa de Apoyo a Proyectos Institucionales (PAPIME) se pudo financiar
en gran medida el evento Jóvenes a la Investigación 2008. Este año termina
el proyecto y esperamos seguir contando con el apoyo de DGAPA a nuestro
evento que incide directamente en la educación de jóvenes mexicanos, una
de las vocaciones centrales de nuestra Universidad, así como en el desarrollo
de las investigaciones en nuestro Centro que este año se convirtió en el
Centro de Nanociencias y Nanotecnología.
Al Centro de Nanociencias y Nanotecnología de la UNAM, anfitrión del
evento, que con el apoyo presupuestal de todos los departamentos
complementó la financiación del JI2008.
A todo el personal académico y administrativo, así como a los estudiantes
del centro de Nanociencias y Nanotecnología que con su entusiasta apoyo
colaboraron al buen desarrollo del evento.
Hacemos un agradecimiento especial al personal del área de cómputo: Juan
Antonio Peralta, Margot Sainz y Carlos González.
Un agradecimiento muy especial a los académicos que se dedicaron a
asesorar a los jóvenes participantes, así como para aquellos que impartieron
un seminario, o dieron alguna plática, o hicieron alguna demostración o
visita guiada. En las páginas de esta memoria se podrán encontrar las listas
correspondientes a estas actividades.
Se agradece a los jóvenes, de Ensenada y varias otras partes de la república
que con su trabajo y entusiasmo hicieron posible la realización del evento
Jóvenes a la Investigación 2008.
Agradecemos el trabajo realizado por los promotores externos y a todas las
instituciones de las que provenían nuestros jóvenes participantes.
El comité organizador de JI2008
Listado de visitas a los laboratorios
del Centro de Nanociencias y Nanotecnología
en el evento
Laboratorio de SEM
Ing. Israel Gradilla
Laboratorio de Catálisis
M. en C. Eric Flores
Laboratorio de Propiedades Ópticas
Dr. Roberto Machorro
Laboratorio de STM
Dr. José Valenzuela
Dr. Manuel Herrera
Laboratorio de Materiales Luminiscentes
Dr. Gustavo Hirata
Laboratorio de Rayos X
M. en C. Eloísa Aparicio
Laboratorio TEM
Tec. Francisco Ruiz
Laboratorio de Ablación Laser
Carlos Gallardo
Laboratorio AFM Dr. Enrique Sámano
Laboratorio de Ferroeléctricos
Dr. Jorge Portelles
Laboratorio Raman/IR
Dr. Felipe Castillón
Taller Mecánico de Precisión
Ing. Alejandro Tiznado
Tec. Enrique Medina
Listado de conferencias
en el Centro de Nanociencias y Nanotecnología
para el evento
17 al 20 de junio:
Promesas de la nanotecnología
Leonel Cota
Materiales a bajas temperaturas
Jesús Heiras
Nanotecnología con ADN
Enrique Sámano
Fundamentos de Catálisis
Felipe Castillón
23 al 27 de junio:
Las propiedades físicas de los nuevos materiales
Mario Farías
El espectro electromagnético
Catalina López
Luminiscencia
Oscar Contreras
Ferroeléctricos y Ferroelectromagnéticos
Jesús Sequeiros
Opciones educativas en el CNyN-UNAM
Laura Viana
30 de junio al 3 de julio:
Microscopías y espectroscopías electrónicas
Miguel Ávalos
Diseño a escala nanométrica de materiales macroscópicos
Armando Reyes
Los secretos de las armas del Diablo
Nina Bogdanchikova
La ferroelectricidad, actualidad y futuro
Jorge Portelles
Instituciones de los participantes
en el evento
Universidad Autónoma de Baja California
Campus Ensenada
María Azucena Del Carmen Domínguez
Aldo Alan Guerrero Salmerón
María Anaís Mancera Flores
Victoria Ramos Muñiz
Campus Tijuana
Rubén Rodríguez Jiménez
Universidad de Guadalajara
Cristian Alfredo Arévalo Ballesteros
Ernesto Hernán Castro Ocampo
Iris Alejandra Lizárraga López
Rosa Elena Lozano Mares
Oscar Oswaldo Martín Martín
Jazmín Margarita Meza Godínez
José de Jesús Olazaba García
Patsy Mabel Ríos Murillo
Martín Alonso Uribe Martínez
Sergio Mario Vargas Guzmán
Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo
Zaira Itzel Bedolla Valdez
Claudia Ivonne Loya Tafolla
Elmer Pineda Martínez
Sergio Ramírez Solís
Universidad de Sonora
Alejandro Biberos Méndez
Atenas Posadas Borbón
Aldo Josué Huerta Verde
Instituto Tecnológico de Chihuahua
María de Lourdes Arellano Castrejón
Universidad Autónoma de Chihuahua
Ismael Alberto Gabaldón Saucedo
Instituto Tecnológico de Morelia
Alberto Eleazar Villalobos Ramírez
Universidad del Valle, Colombia
John Alexander Franco Villafañe
COBACH, Ensenada
Estefanía Valerdi Monroy
Preparatoria Lázaro Cárdenas, Tijuana
Josué Castañeda Cisneros
Instituto Vocacional Enrique Díaz de León, Guadalajara
Marcela Sarahí Ponce Cázares
Escuela Primaria La Corregidora, Ensenada
Eduardo Gómez Benavides
Índice
Síntesis y caracterización de películas de nitruro de vanadio (VN) depositadas
por la técnica de pulverización catódica DC
Cristian Arévalo Ballesteros, David Cervantes Vásquez y Leonel Cota Araiza
1
Síntesis de materiales porosos de zeolita en matriz de silica gel
Z. Itzel Bedolla Valdez, Gabriel Alonso Núñez y Vitalii Petranovskii
3
XPS y XRD de Imidazolatos de Ag, Cu, Zn y Cd.
Alejandro Biberos Méndez, Mayra Hernández Sánchez, José Fernández Beltrán
y Mario Farías Sánchez
5
Investigación de muestras de nanotubos de carbón producidos por el método
de spray-pirolisis.
Josué Castañeda Cisneros, G. Alonso y D.H. Galván
7
Estudio de las características estructurales y electrónicas del nitruro de vanadio
Ernesto Hernán Castro Ocampo y Guadalupe Moreno Armenta
9
Nanopartículas de Cu en Zeolitas: Respuesta Óptica
María Azucena del Carmen Domínguez y Catalina López Bastidas
11
Una Paradoja Cuántica en la Punta de un lápiz: Grafeno
John Alexander Franco y Francisco Mireles
13
Descomposición catalítica del polietileno: una opción amigable al ambiente
Ismael Alberto Saucedo, Miguel Ávalos y Juan Manuel Quintana Melgoza
15
Exploración de una función logística (de crecimiento poblacional)
mediante iteraciones
17
Microscopía túnel de barrido de espín polarizado (SP-STM)
en partículas de cromo
Aldo Alan Guerrero Salmerón y Manuel Herrera Saldívar
19
Espectro de energía y entrelazamiento en un magneto molecular de tres espines
Aldo Josué Huerta Verde y Fernando Rojas Iñiguez
21
Las unidades estructurales secundarias en las zeolitas
Iris Alejandra Lizárraga López y Oscar Raymond Herrera
23
Interacciones de la zeolita con sales cuaternarias de amonio.
Claudia Ivonne Loya Tafolla, Mayra Paulina Hernández Sánchez
José Fernando Fernández Beltrán y Mario Farías Sánchez
25
Elaboración y caracterización del multiferroico de YCrO3
Rosa E. Lozano, Victoria Ramos, Dulio Valdespino, Alejandro C. Durán
Jesús M. Siqueiros y Ma. De la Paz Cruz
27
Estudio de catalizadores de Pd soportados en óxidos de Ce, Zr y La
O. Martín-Martín, H. Tiznado, S. Fuentes y E. Flores-Aquino
29
Nanopartículas de Au soportados en los óxidos de alúmina, magnesio y
espinela activos para la oxidación del glicerol
Jazmín Margarita Meza Godínez, Elmer Pineda Martínez, Inga V. Tuzovskaya
y Nina E. Bogdanchikova
31
Dependencia de la relación molar en las propiedades del cobre
en la zeolita ZSM5
J. Olazaba, V. Petranovskii y H. Tiznado
33
La influencia de los tratamientos térmicos de oxidación y reducción
en un sistema de Au soportado sobre SiO2
Elmer Pineda Martinez, Jazmín Meza Godínez, Inga V. Tuzovskaya
Nina E. Bogdanchikova y Trino Zepeda
35
Estudio de la reducción del MnOx a través de espectroscopias de electrones
fotoemitidos
Marcela S. Ponce, W. de la Cruz, María Isabel Ponce y V. Soto
37
Observaciones al microscopio electrónico de barrido
1) Comparación de miembros posteriores en la clase Insecta
2) Crecimiento de Neurospora crassa para síntesis de nanopartículas
3) Identificación de dinoflagelados
Atenas Posada Borbón y Miguel Ávalos Borja
39
Síntesis de M/SiO2 (M=Pd, Cu, Fe) usando NTC como
transportador de nanopartículas
Sergio Ramírez, Vitalii Petranovskii, Miguel Ávalos y Gabriel Alonso
41
Preparación y caracterización de Nanoestructuras de ZnO
Patsy Mabel Ríos Murillo, Manuel Herrera Saldívar y José Valenzuela Benavides
43
Depósito y caracterización de películas delgadas de nitruros de molibdeno (MoNx)
R. Rodríguez-Jiménez, G. Soto-Herrera y F. Ramírez-Hernández
45
Influencia de la relación SiO2/Al2O3 a las propiedades Zeolita Beta
como soporte para cobre
Uribe Martínez M., H. Tizando, E. Flores-Aquino y Vitalli Petranovskii
47
Síntesis de NiMo/Ti-SBA-15 y actividad catalítica en la hidrodesulfuración de
dibenzotiofeno
Sergio Mario Vargas Guzmán, Priscy Alfredo Luque Morales
Ricardo Valdez Castro y Amelia Olivas Sarabia
49
Obtención y caracterización del precursor NaNbO3 para la elaboración de
piezocerámicas libres de plomo
Silvia Estefanía Velardi Monroy y Jorge Portelles
51
Estudio por espectroscopía fotoelectrónica de rayos X del Cr y Fe en los
compuestos CrO2, FeO y FeCrO3
Alberto Eleazar Villalobos Ramírez, Jesús Antonio Díaz Hernández
y Alejandro C. Durán Hernández
53
Estudio del Ti-Al-N por espectroscopía de electrones Auger
Anaís Mancera, W. De La Cruz y Gabriel Peña
55
Condensadores ferroeléctricos
María de Lourdes Arellano Castrejón y Jesús Heiras
57
1
16 de junio – 4 de julio del 2008
SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE PELÍCULAS DE NITRURO DE VANADIO
(VN) DEPOSITADAS POR LA TÉCNICA DE PULVERIZACIÓN CATÓDICA DC
CRISTIAN ARÉVALO BALLESTEROS1, DAVID CERVANTES VASQUEZ2,3, LEONEL
COTA ARAIZA3
1Centro Universitario de la Ciénega (CUCI) Universidad de Guadalajara, Av. Universidad
Núm. 1115, Col. Lindavista, Apdo. Postal 47810, Ocotlán Jalisco, México.
2Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) Km.
107 Carr. Tijuana-Ensenada, Apdo. Postal 360, Ensenada B.C. México.
3 Centro de Nanociencias y Nanotecnología (CNYN) UNAM. Km. 107, Carr. TijuanaEnsenada, Apdo. Postal 356, C.P. 22800, Ensenada B.C. México
La amplia gama de productos de acero con recubrimientos metálicos forman parte integral de
nuestra vida cotidiana, se utilizan en aplicaciones de protección, cubiertas, almacenamiento y
transporte. Además, responden a la necesidad de crear materiales con mayor dureza,
durabilidad y estética. El acero con recubrimientos de nitruros y carburos de metales de
transición registran una demanda considerable y constante. Se utilizan en aplicaciones cada
vez más diversas, gracias a las excepcionales ventajas económicas, tecnológicas y
medioambientales que ofrecen.
En este trabajo se depositó una película de nitruro de vanadio por la técnica de pulverización
catódica y fue caracterizada por las técnicas de espectroscopia de electrones Auger,
espectroscopia de electrones fotoemitidos y por difracción de rayos X. Se confirmó que la
película es de VN, libre de contaminantes indeseados, y que la estructura de la película
corresponde con nitruro de vanadio cúbico.
Centro de Nanociencias y Nanotecnología UNAM
Ensenada, BC, México
2
del 16 de Junio al 4 de julio del 2008
SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE PELÍCULAS DE NITRURO DE VANADIO (VN)
DEPOSITADAS POR LA TÉCNICA DE PULVERIZACIÓN CATÓDICA DC
CRISTIAN ARÉVALO BALLESTEROS1, DAVID CERVANTES VASQUEZ2,3, LEONEL COTA ARAIZA3
Universitario de la Ciénega (CUCI) Universidad de Guadalajara, Av. Universidad Núm. 1115, Col.
Lindavista, Apdo. Postal 47810, Ocotlán Jalisco, México.
2Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) Km. 107 Carr.
Tijuana-Ensenada, Apdo. Postal 360, Ensenada B.C. México.
3 Centro de Nanociencias y Nanotecnología (CNYN) UNAM. Km. 107, Carr. Tijuana-Ensenada, Apdo.
Postal 356, C.P. 22800, Ensenada B.C. México
1Centro
Resumen
Se depositó una película de nitruro de vanadio por la técnica de
pulverización catódica y fue caracterizada por las técnicas de
espectroscopia de electrones Auger, espectroscopia de electrones
fotoemitidos y por difracción de rayos X. Se confirmó que la película
es de VN, libre de contaminantes indeseados, y que la estructura de
la película corresponde con nitruro de vanadio cúbico.
1.Introducción
La amplia gama de productos de acero con recubrimientos metálicos
forman parte integral de nuestra vida cotidiana, se utilizan en
aplicaciones de protección, cubiertas, almacenamiento y transporte.
Además, responden a las necesidad de crear materiales con mayor
dureza, durabilidad y estética. El acero con recubrimientos de nitruros
y carburos de metales de transición registran una demanda
considerable y constante. Se utilizan en aplicaciones cada vez más
diversas, gracias a las excepcionales ventajas económicas,
tecnológicas y medioambientales que ofrecen.
Figura 6. Sustrato de acero
recubierto con una película de
nitruro de vanadio
En la figura 7. se observa el espectro de electrones Auger. En la figura 8.
tenemos la espectroscopia de electrones fotoemitidos. Ambas técnicas
arrojan resultados de composición elemental de la superficie de la muestra. se
observaron los picos correspondientes a N y V, también se observaron picos
de C y O.
400
5000
300
Intensidad (U.A.)
Intensidad (U.A.)
200
100
0
C
-100
272
4000
3000
O
V
531
515
2000
N
O+V
518
397
-200
384
V
V 473
437
0
1200
-400
0
200
C
1000
N
-300
400
600
800
1000
Figura 7. Espectro de Electrones Auger. Aquí
se muestran los picos característicos para
Nitrógeno y Vanadio.
800
600
400
200
0
Figura 8. Espectro XPS. Se observan los picos
característicos de Nitrógeno y Vanadio.
Figura 2. Vigas recubiertas de acero
2. Parte Experimental
Se preparó una película delgada de nitruro de vanadio por el método
de Pulverización Catódica Reactiva DC sobre sustratos de acero.
Para esto se utilizó un blanco de vanadio, Argón como gas inerte para
el pulverizado y nitrógeno como gas reactivo, alcanzando un vacío
inicial de 2.2x10-6 Torr. y una presión total de trabajo de 4 mTorr.
Estas películas se caracterizaron por espectroscopía de electrones
Auger, difracción de rayos X (XRD), espectroscopía de electrones
fotoemitidos (XPS) y microscopía electrónica de barrido (SEM)
El difractograma de rayos X, Figura 9. arroja información cristalográfica, y en
este se observaron picos característicos de VN cúbico, que corresponden a la
tarjeta patrón de difracción de rayos X para nitruro de vanadio cúbico. También
se observaron picos correspondientes al Fe debido a que el sustrato utilizado
fue de acero.
1000
VN
(200)
900
Intensidad (U.A.)
Figura 1. Brocas recubiertas
1000
Energia de Enlace (eV)
Energia Cinetica (eV)
800
VN
Fe
(111)
700
Fe
VN
600
Sustrato
VN
(220)
VN
(222)
Fe
(311)
(Área de Recubrimiento)
Recubrimiento
500
30
Átomo
arrancado de la
superficie del
blanco
Iones de Argón
(Ar+)
acelerados
contra el
blanco
Figura 3. Cámara de Pulverización
Catódica
60
70
80
90
Figura 9. Difractograma de rayos X. Muestra
los picos de nitruro de vanadio cúbico.
Arreglo
de
Imanes
3. Resultados y Discusiones
Se tomó una imagen por medio de microscopía electrónica de barrido
para conocer la morfología de la película depositada en el sustrato,
observándose pocos grumos y otras irregularidades, por lo que con la
técnica de pulverización catódica se pudo producir una película
razonablemente homogénea. Figura 5.
50
2 θ (Grados)
Campo
Magnético
Principal
Superficie
Figura 4.Esquema de Pulverización
Catódica
Figura 5. Imagen de Microscopia Electrónica de
Barrido para la película depositada en el sustrato
de acero.
40
Campo Eléctrico
4. Conclusión
Debido a que las técnicas de caracterización utilizadas muestran la presencia
de vanadio y nitrógeno además de los picos característicos de difracción de
rayos X para nitruro de vanadio cúbico se puede decir que la película
generada por pulverización catódica es efectivamente, de nitruro de vanadio
(VN) con estructura cristalina cúbica.
5. Referencias
Luis Carreras, Sandra Buen, Francesc Montalá.
•Recubrimientos duros obtenidos por procesos C.V.D., T.R.D.D., P.V.D.
L. Carreras, F. Montalá, Grupo TTC Recubrimientos avanzados.
•Actualidad industrial de las técnicas de recubrimientos de capas duras finas.
Francisco Javier Espinoza Beltrán, Jesús González Hernández
•Nuevos Materiales Superduros.
6. Agradecimientos
Al proyecto PAPIME No. PE104005. A todos los organizadores del programa
Jóvenes a la Investigación 2008, por su apoyo y por la oportunidad de ser
partícipe de este gran evento, al igual a todas las personas que conocí en esta
estancia y muy en especialmente al Dr. Wencel de la Cruz, al Ing. Israel
Gradilla, al Ing. Alejandro Tiznado, al Ing. Felipe Ramírez, y a Miguel Ángel
Eduardo Martínez
3
SINTESIS DE MATERIALES POROSOS DE
ZEOLITA EN MATRIZ DE SILICA GEL
Z. Itzel Bedolla Valdez1,2 Facultad de Ingeniería Química, UMICH
Dr. Gabriel Alonso Núñez2 Centro de Nanociencias y Nanotecnología, UNAM
Dr. Vitalii Petranovskii2 Centro de Nanociencias y Nanotecnología, UNAM
En este trabajo de investigación se presenta la síntesis de materiales porosos. Se intercambia el grupo
NH4+ por Cu2+ en la mordenita la cual se encuentra dispersa en el interior del SiO2.
El método consiste en realizar intercambio suspendiendo mordenita en una solución de CuSO4,
agitando por 24 hrs., filtrar, lavar y secar. Posteriormente se mezcla 5 y 15% de zeolita en forma inicial
o intercambiada con una mezcla alcohólica de TEOS. Durante la agitación se agregó HF como agente
gelificante, finalmente se realiza un tratamiento térmico a 100°C. Silica gel seco se muele en mortero.
Así tenemos cuatro muestras: NH4M5%, NH4M15%, CuM5% y CuM15%. Posteriormente tratamos los
dos primeros en solución acuosa de CuSO4 para realizar intercambio sobre zeolita ya incrustada en
matriz de Silica gel (SGCuM5% y SGCuM15%). Las muestras con Cu (CuM15% y SGCuM15%)
fueron reducidas con flujo de H2 para generar nanopartículas de Cu soportados en zeolita dispersa en
matriz de SiO2. La morfología se determinó con microscopia electrónica de barrido y de transmisión, el
área superficial por el método de BET, estructura cristalina por difracción de rayos X para polvos y
contenido de Cu por EDS.
AGRADECIMIENTOS
Proyecto PAPIME N° 104005
JOVENES A LA INVESTIGACIÓN 2008
4
16 DE JUNIO – 4 DE JULIO 2008
Z. Itzel Bedolla Valdez1,2 Facultad de Ingeniería Química, UMICH
Dr. Gabriel Alonso Núñez2 Centro de Nanociencias y Nanotecnología, UNAM
Dr. Vitalii Petranovskii2 Centro de Nanociencias y Nanotecnología, UNAM
ANALISIS DE RESULTADOS
RESUMEN
En este trabajo de investigación se presenta la síntesis de materiales
porosos. Se intercambia el grupo NH4+ por Cu2+ en la mordenita la cual se
encuentra dispersa en el interior del SiO2.
El método consiste en realizar intercambio suspendiendo mordenita en una
solución de
CuSO4, agitando por 24 hrs., filtrar, lavar y secar. •ESPECTROSCOPÍA UV-VIS
Posteriormente se mezcla 5 y 15% de zeolita en forma inicial o
intercambiada con una mezcla alcohólica de TEOS. Durante la agitación se
agregó HF como agente gelificante, finalmente se realiza un tratamiento
térmico a 100°C. Silica gel seco se muele en mortero. Así tenemos cuatro
muestras: NH4M5%, NH4M15%, CuM5% y CuM15%. Posteriormente tratamos
los dos primeros en solución acuosa de CuSO4 para realizar intercambio
sobre zeolita ya incrustada en matriz de Silica gel (SGCuM5% y
SGCuM15%). Las muestras con Cu (CuM15% y SGCuM15%) fueron
reducidas con flujo de H2 para generar nanopartículas de Cu soportados en
ZEOLITA INTERCAMBIADA DESPUES DE SOL-GEL
zeolita dispersa en matriz de SiO2. La morfología se determinó con
NH4M
microscopia electrónica de barrido y de transmisión, el área superficial por
SGCuM5%
SGCuM15%
Blanco SiO2
el método de BET, estructura cristalina por difracción de rayos X para
polvos y contenido de Cu por EDS.
NH4M
NH4M5%
NH4M15%
Blanco SiO2
ZEOLITA AMONIACAL EN SOL-GEL
ZEOLITA INTERCAMBIADA ANTES DE PROCESO SOL-GEL
0.8
0.7
0.5
0.6
0.4
0.5
ABS
ABS
0.6
CuM
CuM5%
CuM15%
Blanco SiO2
0.4
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
0.0
100
200
300
400
500
600
700
800
0.0
100
200
300
400
900
500
600
700
800
900
WAVELENGTH
WAVELENGTH
MUESTRAS SOMETIDAS A 350°C POR 4 HRS.
0.5
0.6
CuM15%
SGCuM15%
SG15ntercambiadaTT350C
SG15ntercalfinalTT350C
Blanco SiO2
0.5
0.4
0.4
ABS
ABS
0.3
0.3
0.2
INTRODUCCION
0.2
0.1
Una zeolita es un aluminosilicato hidratado
con una estructura simétrica de tetrahedros
que pueden ser encontrados en la naturaleza
, pero también pueden ser obtenidos de
manera sintética. El intercambio iónico es una
de las propiedades más importantes que
presentan las zeolitas, y esto cambia sus
propiedades superficiales1.
0.1
0.0
100
0.0
100
200
300
Fig.1 Estructura mordenita
OBJETIVO
400
500
600
700
800
900
200
300
400
500
600
700
800
900
WAVELENGTH
WAVELENGTH
•SEM
Fig. 6 SiO2 blanco Fig.7 NH4M 15%
Fig.8 SGCuM5%
Fig.9 SGCuM15%
•Sintetizar y caracterizar nanoestructuras porosas mixtas Zeolita-SiO2
intercambiando NH4+ por Cu antes y después del proceso sol-gel.
METODO EXPERIMENTAL
EDS
Realización de dos soluciones con 5% y 15% de NH4M
SOL-GEL
NH4M@SiO2
+
+
•XRD
HF
5
4
6
5
7
6
NH4M
7
4
3
8
3
8
2
9
2
9
1
11
1
10
500
TEOS/ H2O
S iO 2 b l a n c o
1 5 n te r c . T T 3 5 0 ° C
1 5 n te r c . fi n a l .T T 3 5 0 ° C
400
Intensidad (u.a)
NH4M/ EtOH
Fig. 10 CuM
Fig. 2 proceso de preparación sol-gel
300
200
100
0
0
10
20
30
40
50
60
2 T h e ta
•TEM
SOL-GEL NH4M@SiO2
ELIMINACION DE AGUA Y ETANOL
SOL-GEL SECO
Fig. 3 Obtención de producto sólido sol-gel
A partir del sol-gel obtenido posteriomente se realizo intercambio iónico por
agitación.
Fig. 11 SGCuM15%
•CONCLUSIONES
INTERCAMBIO IONICO
FILTRADO, LAVADO Y SECADO
PRODUCTO SOLIDO
PRODUCTO TRITURADO
Fig. 4 Proceso de intercambio iónico
-Se logró sintetizar mordenita incrustada en matriz de Silica gel
-En los análisis por BET se aprecia el crecimiento de la superficie, lo cual es
indicativo de que los poros de la zeolita no fueron tapados.
-En el análisis por rayos X se aprecia que la estructura de la mordenita no fue
dañada, ya que todos los picos característicos de esta permanecen presentes.
-El método para introducir el Cu en el sistema influye en las propiedades de
reducción del mismo.
-La reducción de Cu produce unas especies de Cu aún no establecidas
•BIBLIOGRAFIA
-1. Olguín Gutiérrez Teresa, México D. F., 2002
•AGRADECIMIENTOS
Fig.5 Muestras sometidas a TT en horno tubular por 4 hrs. A 350C en flujo
de H2,CuM15% y SGCuM15% respectivamente
CENTRO DE NANOCIENCIAS Y NANOTECNOLOGIA DE LA UNAM
Trabajo Apoyado por Proyecto PAPIME N° PE104005
Eric Flores, Eloísa Aparicio, Israel Gradilla, Francisco Ruiz, Gumecindo Bilchis
ENSENADA, B. C., MEXICO
5
XPS Y XRD DE IMIDAZOLATOS DE Ag, Cu, Zn y Cd
Alejandro Biberos Méndez1, Mayra Hernández Sanchez2, José Fernández Bertrán2, Farias Sánchez,
Mario3
1
Universidad de Sonora, Hermosillo, México
2
Instituto de Materiales y Reactivos, Universidad de la Habana, Cuba
3
Centro de Química Farmacéutica, Habana, Cuba
3
Centro de Nanociencias y Nanotecnlogia UNAM
Los imidazolatos de Ag, Cu, Zn y Cd fueron obtenidos por el método húmedo a partir de una
solución básica de imidazol. A la cual es agregada una sal del metal. El imidazolato precipita
de la solución acuosa dejando una sal de amonio soluble. Los productos fueron
caracterizados por DRX y XPS. La difracción de Rayos X, aportó los siguientes resultados:
ImCu
ImAg
ImZn
ImCd
Tabla 1. Grupo Espacial y parámetros de red.
Monoclínico, a= 8.069(2), b= 8.068(2), c= 13.425(3),
β= 99.414(3)°
Ortorrómbico, a = 5.57454322, b = 147112, b = 6.735168
Monoclínico, a =1077.5pm, b =1313.6pm, c =1067.7pm,
β =91.5°
Ortorrómbico, a = 14.606800, b = 10.753941, c = 9.930272
Referencias
Este trabajo
Este trabajo
Este trabajo
Este trabajo
Los métodos para determinar los parámetros de la red fueron Theor y Le Bail.
Se obtuvo una estructura monoclínica para el ImZn y para ImCu distinta a la reportada por
Huang[3.
Los resultados por XPS confirmaron existencia de Imidazolatos (véase tabla 2).
Tabla 2. Energía de amarre en los imidazolatos.
Metal N1s
C1s
C1
ImzAg
368.6 398.9 284.4
285.8
ImzCd
405.0
398.6 284.4
285.4
ImzZn
1022
398.9 284.5
285.9
ImzCu
932.6
398.7 284.4
285.8
C2
287.2
405.0
1022
932.6
O1s
531.7
531.4
531.2
531.8
Con los datos obtenidos de Rayos X basándose en el método de Rietveld y el programa
Fullprof se obtuvieron las celdas unitarias de los imidazolatos de Zn y Ag.
1. N.Masciocchi, S. Bruni, E. Cariati, F. Cariati, S. Galli, A. Sironi, Inorganic Chemistry, (2001), 40,
5897.
2. N.Masciocchi, M.Moret, P.Cairati, A.Sironi, G.A.Ardizzoia, G. La Monica, J.Chem. Soc. Dalton
Trans, (1995), 1671
3. Von R.Lehnert, F. Seel, Z. anorg. allg. Chem, (1980), 464
4. N.Masciocchi, G.A.Ardizzoia, S. Brenna, F. Castelli, S. Galli, A. Maspero and
Sironi, Chem. Comm., (2003), 2018.
6
Estudio espectroscópico de Imidazolatos de Ag, Cu, Zn y
Cd
Alejandro Biberos Méndez, Mayra Hernández Sanchez2,3, José Fernández Bertrán2,3,
Mario Farias Sánchez3
2Instituto
1Universidad de Sonora, Hermosillo, México
de Ciencia y Tecnología de Materiales, Universidad de la Habana, Cuba
3Centro de Nanociencias y Nanotecnlogia UNAM
En el presente trabajo se estudio comportamientos de diferentes imidazolatos: Imidazolato de Plata, Cadmio, Cobre y Zinc. Los imidazolatos fueron analizados por
espectroscopia de Rayos X y Espectroscopia de Fotoelectrones emitidos por Rayos X (XPS). Los resultados obtenidos del XPS confirmaron la existencia de imidazolatos. La
difracción de rayos X.
El imidazol es un ciclo aromático de cinco átomos, tres carbonos y dos nitrógenos.
405 eV
5
368.6 eV
5
Los imidazolatos de Ag, Cu, Zn y Cd fueron
obtenidos a partir de una solución básica de
imidazol y amoniaco a la cual es agregada una sal
del metal. El imidazolato precipita de la solución
acuosa dejando una sal de amonio soluble. Los
imidazolatos tienen gran importancia biológica, ya
que constituyen el punto de anclaje de cationes metálicos en las proteínas[1]. Los
productos fueron caracterizados por XPS y DRX.
2
1
404
406
408
410
412
414
0
La Espectroscopia de fotoelectrones, XPS, es una poderosa técnica de análisis
cuantitativa no destructivo, sensible a las primeras capas de la superficie de los
sólidos (20-30A°), lo que permite obtener información sobre las propiedades
químicas y físicas de las mismas. La característica más importante del XPS es que
permite registrar el espectro general e identificar todos los elementos que
componen la superficie de la muestra.
El XPS está basado en el efecto fotoeléctrico, cuando los rayos X inciden sobre la
superficie de la muestra, el electrón absorbe la energía del fotón, si la energía del
fotón, hν, es grande, el electrón escapa del átomo y emite a la superficie. El
electrón que es emitido con una energía cinética Ek se le conoce como
fotoelectrón. La energía de amarre del electrón se determina por la relación de
Einstein:
8
932.6 eV
7
Intensidad (x104conteos)
1
416
Energía de Amarre (eV)
6
IMH+ClCu+HCl+Cu+NH3
5
4
3
366
370
372
374
378
1022 eV
6
ZnSO4 + 2ImH + 2NH3
4
2
Donde hv es la energía del fotón y Ek es la energía cinética del fotoelectrón.
La Tabla 2 muestra la energía de amarre en los imidazolatos.
0
930
935
940
945
950
955
0
1015
1020
1025
1030
1035
1040
1045
1050
8
ImCu
4
6
4
ImAg
Referencias
Monoclínico, a= 8.069(2), b= 8.068(2),
c= 13.425(3), β= 99.414(3)°
Tian[2]
Monoclínico, a= 14.842(9), b= 6.256(2),
c= 11.737(6),
β= 104.181(8)°
Este trabajo
Ortorrómbico, a = 5.5759(4), b = 6.7452(4),
c = 22.174(1)
Masciocchi[3]
Ortorrómbico, a = 5.574(5), b = 6.7351(6),
c = 22,162(2)
Este trabajo
Tetragonal, a= 23.502968, b= 23.502968,
c= 12.455608
Lehnert,
Huang[4]
Monoclínico, a =10.775, b =13.136, c =10.677,
β =91.5°
Este trabajo
Ortorrómbico, a = 14.6045(5), b = 10.7385(3),
c= 9.9229(4)
Masciocchi[5]
Ortorrómbico, a = 14.60(7), b = 10.753(9),
c = 9.930(2)
Este trabajo
2
0
1015
1020
1025
1030
1035
1040
1045
Im2Zn
1050
284.4 eV
285.7 eV
5
4.0
3.5
Intensidades normalizadas
Tabla 1.Grupo Espacial y parámetros de red (A°)
ZnSO4+2Imz+2NH3
ImCd
3.0
ImCu
2.5
2.0
1.5
ImAg
1.0
0.5
ImZn
287.7 eV
Im2Cd
4
0.0
10
4
Intensidadesx10 (conteos)
376
8
1
Intensidadx10 (conteos)
368
E b = hv − E k
2
2
4
402
3
4
La Difracción de Rayos X es muy útil para establecer las fases cristalinas de los
imidazolatos, que presentan polimorfismo. En la Tabla 1, aparecen los datos de la
red cristalina de los imidazolatos y es comparada con la reportada en la literatura.
0
400
Intensidadx10 (conteos)
3
ImH+AgNO3+NH3
4
Intensidad (x10 conteos)
Intensidad (x104conteos)
ImH+Cd(No3)2+NH3
4
3
2
ImZn
1
ImAg
0
280
282
284
286
energía de amarre (eV)
288
290
20
30
40
50
60
2θ
Tabla 2. Energía de amarre en los imidazolatos.
C
Zn
Metal
N1s
C1s
C1
C2
ImzAg
368.6
398.8
284.4
285.7
287.7
ImzCd
405.0
398.6
284.4
285.7
287.8
ImzZn
1022
399.3
284.4
285.7
287.8
ImzCu
932.6
398.7
284.4
285.8
287.7
N
C
Ag
N
Conclusiones:
Los imidazolatos fueron sintetizados por precipitación. Los resultados del refinamiento de los parámetros de la red afirman el carácter polimórfico de estos compuestos, los
imidazolatos obtenidos por vía sintética no se corresponden a los parámetros de la red reportados en la literatura [2,3,4,5]. El imidazolato de Zn, obtenido de la reacción de ZnSO4
con imidazol tiene una estructura tetragonal distinta a la monoclínica reportada por Lehnert, Huang[4]. El imidazolato de Cd, obtenido de Cd(NO3)2 es similar a la estructura
ortorrómbica reportada por Mascioch[5]. El imidazolato de Cu, obtenido de una solución de CuCl, tiene una estructura ortorrómbica que difiere del monoclínico reportado por
Tian[2]. Mientras que el imidazolato de Ag, tiene una estructura similar al ortorrómbico reportado por Masciocchi[3]. Los resultados por XPS confirmaron la existencia de N, C y O. .
Referencias:
[1] R. J. Sundberg y R. B. Martin. Chem. Rev. (1974), 74, 471.
[2] Yun-Qi Tian, Hai-Jun Xu, Lin-Hong, Zhen-Xia Chen, Dong-Yuan Zhao, Xiao-Zrng, You. Eur. J. Inorg. Chem. (2004),1813-1816.
[3] N.Masciocchi, G.A.Ardizzoia, S. Brenna, F. Castelli, S. Galli, A. Maspero and A.Sironi, Chem. Comm., (2003), 2018.
[4] R.Lehnert, F.Seel, Z.Anorg.Allg.Chem., (1980), 464, 187.
[5] N.Masciocchi, G.A.Ardizzoia, S. Brenna, F. Castelli, S. Galli, A. Maspero and A.Sironi, Chem. Comm., (2003), 2018.
[6] J.F Fernandez, M.P Hernandez, E. Reguera, H. Yee-Madeira, J Rodriguez, Apaneque,
J. C Lopiz. Journal of Physics and Chemistry of Solids 67 (2006) 1612-1617
[7] J. F. Fernandez-Bertran, L. Castellanos, H Yee-Madeira, E. Reguera, J. Solid State Chem. 147 (1999) 561-564
Agradecimientos:
Papime No PE104005
Dr. Jesus Antonio
Hernandez
Dr. Hernani-Madeira
7
Investigación de muestras de nanotubos de carbón producidos por el método de spraypirolisis
Josué Castañeda Cisneros, G. Alonso, D. H. Galván
Preparatoria Federal Lázaro Cárdenas
El trabajo siguiente muestra la serie de actividades realizadas para el estudio de muestras de
nanotubos de carbón.
Los nanotubos de carbón son estructuras que se derivan de la forma alotrópica base del
carbono. Existen diferentes métodos de producción de estos materiales, en dichos procesos se
puede modificar las propiedades de los mismos.
El doctor H. Galván me dio una plática introductoria acerca de los nanotubos y me
proporciono un artículo relacionado 1 el cual proporcionaba a grandes rasgos el proceso de la
investigación de los nanotubos desarrollados por spray-pirolisis.
Para analizar la muestra se siguieron estos pasos: Un estudio de rayos X, estudio de
microscopia electrónica de transmisión y una microscopia electrónica de barrido.
En el estudio de los rayos X se buscaba saber si la muestra correspondía al carbón, después
de hacer el estudio se compararon los resultados con una base de datos en las que se
comprobó las sustancias de la muestra.
Se preparo la muestra para observarla en el M.E.T, después de tomar una serie de imágenes
de la muestra, se pasó al laboratorio de revelado en el que el señor G. Vilchis me explicó el
proceso del revelado de las micrografías.
El último paso fue el M.E.B en el que se observó la superficie de la muestra, las imágenes al
ser digitalizadas se podían acceder a ellas casi de manera instantánea.
Con los datos recolectados se pudo generar la siguiente conclusión: El método de de spraypirolisis produce gran cantidad de nanotubos, de dimensiones del orden de 200 nm de largo y
3 nm o más de diámetro.
Para propósitos industriales este procedimiento requiere aún la optimización del proceso pues
en este hay residuos que afectan el desempeño de las aplicaciones de los nanotubos.
Se agradece a todas aquellas personas que me ayudaron durante el desarrollo de la
investigación. Así como a los que hicieron posible el evento de Jóvenes a la investigación:
PAPIME No.104005.
1
High resolution TEM studies of carbon nanotubes produced by spray pyrolysis
8
Investigación de muestras de nanotubos de carbón producidos por el método de
spray-pirolisis
Josué Castañeda Cisneros
P.F.L.C
Abstract: Se realizo una investigación de muestras de nanotubos de carbón producidos por el método de spray-Pirolisis(D). Los métodos utilizados para la investigación fueron: Rayos X,
T.E.M. y S.E.M. En la mayor parte de las fotografías se encontró que los nanotubos tenían una gran longitud de aproximadamente 200 nm y un diámetro de 3 o más nanómetros, además
se encontraron partículas dentro y fuera de los nanotubos, dichas partículas son de Fe, lo cual afecta el rendimiento de los nanotubos para su utilización.
Los nanotubos son estructuras tubulares que se derivan de la
forma alotrópica del carbón(A) conocida como grafito que al
manipularse por distintos métodos produce fullerenos y
nanotubos; siendo uno de ellos el de spray-pirolisis. Pueden
ser de una sola capa o con muchas de ellas, además pueden
guardar en su interior otras partículas(B) . Entre sus
propiedades de material están: Superconductividad,
resistencia a ser deformados entre otras.
El estudio de rayos X se hizo para comprobar que la muestra
era de grafito, pues podía contener otros materiales que
afectarían al desarrollo de la investigación, los resultados que
se obtuvieron(2) se compararon con valores que se tenían en
una base de datos(3), al hacer la comparación resulto que la
muestra experimental si correspondía al modelo ya guardado
en la base de datos.
Para el microscopio
de transmisión se
preparo la muestra
para que se pudiera
observar debido a
las características
del microscopio. Se
analizó la muestra y
los resultados
muestran que
dentro y fuera de
ella existen
partículas (4), como
se enciman los
nanotubos(5) y las
dimensiones de
estos(6)
4) Observe que además del
doblamiento del nanotubo adentro de
este hay una partícula que se mira
como un pequeño circulo
5) Vea como los nanotubos se
entrelazan entre si; se puede lograr
este tipo de imágenes debido a que el
electrón traspasa a la muestra.
Además se observa como estos
nanotubos están vacios (la pequeña
línea blanca que se observa dentro de
ellos
1) Forma del grafito como se puede
observar esta conformado por hexágonos
y consta de tres capas
El proceso de la investigación de la muestra
fue el siguiente: Rayos X, microscopio
electrónico de transmisión y microscopio
electrónico de barrido(C)
2) El pico de mayor altura así 3) Valores que se encuentran
en la base de datos, con ellos
como sus satélites
se verifica los valores de la
corresponden al carbón
muestra
En el S.E.M. se realizaron pruebas de la
superficie de la muestra y los resultados
muestran que los nanotubos son muy
abundantes(7) y se entrelazan entre ellos(8),
además de sus formas
7) Al menor aumento y se
6) Se observa la gran cantidad de
observa la gran cantidad de
nanotubos en la muestra, además de nanotubos, incluso diversas
su crecimiento amorfo, bajo ciertos
formas
métodos se puede hacer crecer a los
nanotubos bajo una sola dirección
Se agradece al D.H Galván, F. Ruiz, I.
Gradilla, G. Vilchis por el soporte técnico
8) Se observa una especie de
entrecruzamiento de los
nanotubos formando algo
parecido a una llave
El método de spray-pirolisis produce una gran cantidad de
nanotubos, que son grandes tanto por longitud que por diámetro sin
embargo para su utilización industrial se requiere aun optimizar el
procedimiento pues quedan residuos del catalizador compuesto por
fierro, que son las partículas dentro de los nanotubos, las cuales
afectan tanto a la pureza del material como a sus propiedades
mecánicas, eléctricas y térmicas, que en la mayoría de los casos
producen un efecto no deseado en los materiales
D.H. Galván, A. Aguilar-Elguézabal, G. Alonso “High resolution TEM studies of carbón nanotubes produced
by spray-pirolisis” (D)
Concepción Domingo y Gonzalo Santoro “Espectroscopia de Raman de nanotubos de carbono” (C)
es.wikipedia.org/wiki/Nanotubo (A)
www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/diccionario/nanotubos.htm (B)
9
Estudio de las características estructurales y electrónicas
del nitruro de vanadio.
1
Castro Ocampo Ernesto Hernán1, Moreno Armenta Guadalupe2.
Universidad de Guadalajara, Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías; Blvd.
Marcelino García Barragán #1421, C.P. 44430, Guadalajara, Jalisco, México.
2
Centro de Nanociencias y Nanotecnología; Km. 107 Carretera Tijuana-Ensenada, Apdo.
Postal, 2681, CP. 22800, Ensenada, B.C, México. [email protected]
Durante los últimos años la física del estado sólido ha tenido un gran impulso en la
investigación de materiales, por la necesidad constante de aumentar la vida productiva de las
herramientas, además de minimizar tiempos, costos, mantenimiento, pero esto exige una
mejora de las características superficiales de los mismos. Pero para ello es necesario la
investigación y desarrollo de nuevos materiales, además de entender las características de
estos materiales cristalinos de recubrimiento o construcción.
Los nitruros de metales de transición han sido poco estudiados en relación a sus propiedades
y aplicaciones, un método alternativo para realizar un estudio de estos es el desarrollo de
cómputo soportado en un formalismo teórico de la mecánica cuántica.
En este proyecto empleamos Wien2k una herramienta alternativa para comenzar estos
estudios de un sistema de nitruro de vanadio, este programa computacional basado en la
Teoría Funcional de la Densidad (DFT), nos ayudó a realizar dichos cálculos y encontrar
algunas de las propiedades estructurales y electrónicas.
Para realizar el estudio partimos de los parámetros de red de nitruro de vanadio con una
estructura tipo NaCl, que con estudios ya reportados es la más estable, obteniendo
resultados de la energía de cohesión, modulo de volumen, la densidad de estados y estructura
de bandas..
La finalidad de realizar estos cálculos a partir de la estructura más estable es hacer una
comparación con los resultados de la polarización del spin orbita para obtener algunas
propiedades magneticas.
Con este estudio se determino el parámetro de red a=4.12227 Å , la cual es muy semejante a
la experimental a= 4.126 Å, con el modulo de volumen 311.4514 por lo que decimos que es
un material duro, además se puede concluir con la grafica de la densidad de estados que este
material tiene comportamiento metálico por la presencia de orbitales ocupados en el nivel de
fermi y con la comparación de la polarización de spin orbita concluimos que este material no
tiene propiedades magneticas.
Agradecimientos.
Al comité organizador de jóvenes a la investigación por brindarme la oportunidad de ser
partícipe del evento, a el personal del CNyN-UNAM por su colaboración en el evento, a
Víctor Soto G. por hacer difusión e invitación a este evento en la U. de G. Y al Programa
PAPIME No. PE104005.
10
Estudio de las características estructurales y electrónicas
del nitruro de vanadio.
Castro Ocampo Ernesto Hernan1, Moreno Armenta M. Guadalupe2.
de Guadalajara, Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías; Blvd. Marcelino García Barragán #1421, C.P. 44430, Guadalajara, Jalisco, México.
de Nanociencias y Nanotecnología; Km. 107 Carretera Tijuana-Ensenada, Apdo. Postal, 2681, CP. 22800, Ensenada, B.C, México. [email protected]
1Universidad
2 Centro
Estructura
a (A)
NaCl.
Calculados
Experimentales
NaCl.
4.12227
4.126
|
V (A3)
B0(GPa)
311.4514
E0(Ry)
-2008.307436
Metodología.
Para el estudio del Nitruro de Vanadio se utilizó el Método
de Ondas Planas Aumentadas y Linealizadas en su versión
del Potencial total (FP-LAPW) en base al formalismo teórico
de la Teoría del Funcional Densidad (DFT), mediante el uso
del paquete computacional Wien2k, mediante el cual sean
obtenido buenos resultados para el cálculo de estructuras
electrónicas en sólidos cristalinos.
PowderCell 2.0
11
María Azucena del Carmen Domínguez1, Catalina López Bastidas2
1
Facultad de Ciencias, UABC Ensenada.
2
Centro de Nanociencias y Nanotecnología UNAM Campus Ensenada.
Las Zeolitas son una familia de minerales aluminosilicatos hidratados altamente cristalinos que
al hidratarse desarrollan una estructura porosa. Los poros se distribuyen regularmente dentro del
material formando una estructura cristalina. En promedio los diámetros de los poros van de 3 a
10 angstrom. Dada su alta porosidad las zeolitas tienen mucha superficie comparada con otros
materiales. Debido a que muchas reacciones químicas suceden en las superficies de los
materiales, la zeolita representa un sistema de gran interés. Sus aplicaciones son principalmente
en el campo de la catálisis.
Las zeolitas han sido estudiadas exhaustivamente, y en la actualidad existe un gran interés por el
estudio de ellas. Estas han sido expuestas a tratamientos con gases metálicos y se ha demostrado
que los poros de la zeolita se saturan de nanopartículas de metal.
Buscamos una teoría que permita relacionar el tamaño de los cúmulos incrustados en las
cavidades de la zeolita con sus propiedades de respuesta lineal. El objetivo es obtener el tamaño
del cúmulo mediante una medición óptica. El modelo propuesto considera a la zeolita como una
matriz que sustenta a los cúmulos de Cu. Cada nanopartícula o cúmulo se encuentra en uno de
los poros regulares que presenta la zeolita. Se conoce que en la estructura de la zeolita la
distancia de los poros es constante y estos forman una estructura regular que suponemos cúbica.
Se propone un modelo teórico para obtener la función dieléctrica del sistema compuesto por las
nanopartículas y la zeolita.
En la solución del modelo se estudiarán dos posibles situaciones:
• Cuando se omite la interacción de las nanopartículas y el campo total reflejado por el
sistema es directamente la suma de los campos dipolares de cada cúmulo y el campo
reflejado por la superficie de la matriz zeolítica.
• Cuando se considera el campo local que polariza a cada nanopartícula y el campo total
debe obtenerse auto-consistentemente.
La función dieléctrica efectiva depende de:
• La función dieléctrica de la matriz zeolítica que es una constante
• La función dieléctrica del Cu,
• La fracción de llenado de las partículas
Estudiaremos la respuesta óptica del sistema zeolita-nanopartículas de metal dentro de las
aproximaciones del modelo descrito y variando los parámetros de los que depende la respuesta.
Agradezco al CNyN por permitirme participar en este verano de Investigación, en especial a la
Dra. Catalina López Bastidas por compartir parte de sus conocimientos y por su apoyo en la
presentación de este proyecto. También se agradece el apoyo al Proyecto PAPIME No. 104005
Centro de Nanociencias y Nanotecnología UNAM Ensenada, B.C, México
12
María Azucena del Carmen Domínguez1, Catalina López Bastidas2
1Facultad de Ciencias, UABC Ensenada.
2Centro de Nanociencias y Nanotecnología UNAM Campus Ensenada.
Las Zeolitas son una familia de minerales aluminosilicatos altamente cristalinos que al hidratarse desarrollan una estructura porosa. Los
poros se distribuyen regularmente dentro del material formando una estructura cristalina. En promedio los diámetros de los poros van de 3 a
10 angstrom. Dada su alta porosidad las zeolitas tienen mucha superficie comparada con otros materiales. Debido a que muchas reacciones
químicas suceden en las superficies de los materiales, la zeolita representa un sistema de gran interés. Sus aplicaciones son principalmente
en el campo de la catálisis. Las zeolitas han sido estudiadas exhaustivamente, y en la actualidad existe un gran interés por el estudio de
ellas.
En particular existen estudios de zeolitas que han sido expuestas a tratamientos con gases metálicos y se ha demostrado que los poros de
la zeolita se saturan de nanopartículas de metal. El tamaño de las nanopartículas no es conocido por lo que se busca desarrollar técnicas
experimentales para caracterizar las incrustaciones metálicas dentro de la zeolita.
MOTIVACIÓN
Las zeolitas son soportes adecuados para átomos de metal, tal
como el Cu. Este material tiene la propiedad de ser un catalizador
activo. En efecto, se ha encontrado que los diferentes tipos de
zeolitas que contienen cúmulos de metales, principalmente Cu,
actúan como catalizadores para la reducción selectiva de NOx
por hidrocarburos en la presencia de oxígeno.
Adicionalmente el sistema compuesto de zeolita mas
incrustaciones de metal
Noble representa un sistema interesante de estudio debido a la
regularidad de los poros que existen en la zeolita. El estudio de
este sistema permite analizar los efectos de interacción entre
nanopartículas y otras nano-estructuras.
La fracción de llenado f del material compuesto representa la razón
entre el volumen ocupado por las incrustaciones o nanopartículas y
el volumen total del compuesto. Como sabemos el volumen de la
celda unitaria V de la zeolita podemos asociar el radio R de la
nanopartícula con la fracción de llenado mediante la ec.
La respuesta óptica del sistema zeolita-nanopartículas de metal dentro
de las aproximaciones del modelo descrito y variando los parámetros
de la función dieléctrica de la matriz zeolítica y de la fracción de
llenado.
MODELO
Buscamos una teoría que permita relacionar el tamaño de los
cúmulos incrustados en las cavidades de la zeolita con sus
propiedades de respuesta lineal. El objetivo es obtener el
tamaño del cúmulo mediante una medición óptica. El modelo
propuesto considera a la zeolita como una matriz que
sustenta a los cúmulos de Cu. Cada nanopartícula o cúmulo
se encuentra en uno de los poros regulares que presenta la
zeolita. Se conoce que en la estructura de la zeolita la
distancia de los poros es constante y estos forman una
estructura regular que suponemos cúbica.
Fig. 1. Parte imaginaria de la función dieléctrica efectiva
en función de la longitud de onda para distintas
fracciones de llenado.
Fig. 2. Parte real de la función dieléctrica efectiva en
función de la longitud de onda para distintas fracciones de
llenado.
En la figura se observa esquemáticamente la
estructura de una zeolita con una nanopartícula en su
interior. La estructura mostrada en la figura se repite
periódicamente formando un cristal regular.
Fig. 3. Parte real de la función dieléctrica efectiva en
función de la longitud de onda para distintas
Fig. 4. Parte imaginaria de la función dieléctrica efectiva
en función de la longitud de onda para distintas
Conclusión
La función dieléctrica efectiva depende de:
La función dieléctrica de la matriz zeolítica, de la función
dieléctrica del Cu y de la fracción de llenado de las partículas.
Se propone un modelo teórico para obtener la función
dieléctrica del sistema compuesto por las nanopartículas y la
zeolita.
Si consideramos el campo local que polariza cada
nanopartícula y autoconsistentemente calculamos la
respuesta lineal obtenemos la función dieléctrica
efectiva
Si se omite la interacción entre las partículas, la polarización
de cada entidad depende únicamente del campo externo y
del número de entidades polarizables en el material.
La parte imaginaria de la función dieléctrica efectiva no se
ve afectada por cambios en la función dieléctrica de la
matriz. La absorción en el material compuesto se debe
principalmente a las nanopartículas de Cu.
Vemos en la figura 1 que al incrementar la fracción de
llenado es decir, el radio de las partículas la parte
imaginaria de la función dieléctrica asociada a la
absorción, crece.
Agradecimientos.
Al CNyN por permitirme participar en este verano de
Investigación, compartir parte de sus conocimientos y
por su apoyo en la presentación de este proyecto.
También se agradece el apoyo al Proyecto PAPIME
No. PE104005
Referencias
V. S. Gurin, V. P. Petranovskii, NE Bogdanchikova
Material Science and Engineering C
Vol. 23, 81 (2003)
S. G. Fiddy, J. S. Ogden and V. P. Petranovskii
Euro. Phys. J. D 24, 253 (2003)
Óptica, Hecht, ed. Pearson, III ed.
13
Una Paradoja Cuántica en la Punta de un Lápiz: Grafeno
John Alexander Franco1 y Francisco Mireles2
Centro de Ciencias Físicas, UNAM, A.P. 48-3, 62251 Cuernavaca, Morelos, México
2
Centro de Ciencias de la Materia Condensada, UNAM, A.P. 2681, 22800 Ensenada, Baja
California, México
1
El carbón es uno de los más intrigantes elementos de la tabla periódica, es la materia prima
de la vida sobre el planeta y puede formar muchos alótropos algunos conocidos desde hace
mucho tiempo como el diamante y el grafito, y algunos descubiertos muy recientemente:
fulerenos y nanotubos. Entre los sistemas formados con sólo átomos de carbono, el grafeno,
un alótropo bidimensional del carbón, juega un importantísimo papel ya que es la base para
el entendimiento de las propiedades electrónicas en algunos de los otros alótropos [1].
El grafeno es una estructura bidimensional hexagonal en forma de panal de abeja con un
átomo de carbón en cada punto de la red; el apilar un conjunto de mono capas de grafeno da
lugar al grafito convencional tridimensional. Desde el punto de vista de las propiedades
electrónicas, el grafeno es un semiconductor bidimensional con banda prohibida igual a cero,
cuyos portadores de carga se comportan como cuasiparticulas sin masa efectiva lo que
conlleva a que el grafeno exhiba excepcionales propiedades electrónicas.
Recientemente la atención de la comunidad científica se ha volcado hacia la posibilidad de
llevar a cabo en grafenos uno de los más exóticos y contra intuitivos fenómenos físicos
conocido como la paradoja de Klein [2], la cual se refiere a la habilidad de partículas
relativistas a atravesar sin obstáculo barreras de potencial extremas. Este extraño fenómeno
inaccesible experimentalmente podría no ser más una exótica consecuencia de la
electrodinámica cuántica, si no una realidad asequible en el grafeno. En el año 2006, M. I.
Katsnelson, K. S. Novoselov y A. K. Geim [3], al estudiar el transporte electrónico en una
mono capa de grafeno entre otros sistemas, reconocieron las implicaciones de la incidencia
de estos electrones sobre una barrera de potencial y su estrecha relación con la paradoja de
Klein, mostrando que tal paradoja es completamente verificable en tales materiales.
Motivados por este desarrollo, la investigación que se realizó aquí extiende el trabajo de
Katsnelson al caso de dos barreras de potencial no simétricas, reproduciendo como caso
particular los resultados obtenidos en [3] y mostrando que debido a la naturaleza de los
portadores en el grafeno, la simetría angular en la transmisión presentada en el caso de una
barrera se pierde para el caso de la doble barrera, observando que tal perdida depende de la
relación entre los anchos de las barreras y la distancia de separación entre ellas, lo que
permite pensar en variadas aplicaciones practicas para los fenómenos investigados aquí.
[1] Castro Neto A. H., et al, arXiv:0709.1163v2.
[2] Klein, O. Z. Phys. 53, 157–165 (1929).
14
UNA PARADOJA CUÁNTICA EN LA PUNTA DE UN LÁPIZ:
GRAFENO
John Alexander Franco† y Francisco Mireles‡
† Centro
‡ Centro
de Ciencias Físicas, UNAM, A.P. 48-3, 62251 Cuernavaca, Morelos, México
de Ciencias de la Materia Condensada, UNAM, A.P. 2681, 22800 Ensenada, Baja California, México
Recientemente la atención de la comunidad científica se ha volcado hacia la posibilidad de llevar a cabo en un alótropo de Carbono (grafeno) uno de los más
exóticos y contra intuitivos fenómenos físicos conocido como la paradoja de Klein. Tal paradoja se refiere a la habilidad de partículas relativistas de atravesar
sin obstáculo barreras de potencial extremas. Este extraño fenómeno, consecuencia de la electrodinámica cuántica es inaccesible experimentalmente en
Física de altas energías pero podría ser una realidad asequible en el grafeno. En el año 2006, M. I. Katsnelson, et al [1], al estudiar el transporte electrónico en
una monocapa de grafeno, reconocieron las implicaciones de la incidencia de estos electrones sobre una barrera de potencial y su estrecha relación con la
paradoja de Klein, mostrando que tal paradoja es completamente verificable en tales materiales. Motivados por este desarrollo, la investigación que se realizó
aquí extiende el trabajo de Katsnelson al caso de dos barreras de potencial no simétricas, reproduciendo como caso particular los resultados obtenidos en [1].
Mostramos entre otros aspectos, que la simetría angular en la transmisión presentada en el caso de una barrera se pierde para el caso de la doble barrera.
Estructura de Bandas del Grafeno
Figura tomada de Ref. [3]
Modelo del grafeno: Hamiltoniano
Cuasi-Dirac.
⎛
0
⎜
Hˆ 0 = −ih vF ⎜
⎜ ∂ +i ∂
⎜ ∂x ∂y
⎝
Es una forma bidimensional
del carbono: átomos de
carbono en una estructura
hexagonal bidimensional
arreglada en forma de panal
de abejas.
Cristal de
grafeno
sobre un
sustrato de
Si oxidado.
Imagen
obtenida
por AFM.
∂
∂ ⎞
−i ⎟
∂x ∂y ⎟
⎟
0
⎟
⎠
⎛ψ ⎞
Ψ ( x, y ) = ⎜⎜ A ⎟⎟
⎝ψ B ⎠
E0 = h vF k
vF ≈ c 300
Hˆ = Hˆ 0 + V ( x, y )
FUNCIONES DE ONDA
Efecto túnel en Grafeno (imagen
superior) y efecto túnel convencional
(imagen inferior). La amplitud de la
función de onda del electrón (rojo)
permanece constante en grafeno,
mientras decae exponencialmente en el
efecto túnel convencional
(semiconductores). El tamaño de la
esfera indica la amplitud de la función de
onda incidente y transmitida.
V (x)
Transporte de los portadores
en grafeno,
grafeno, libres en direcció
dirección
y, pero atraviesan una doble
barrera en la direcció
dirección x.
⎧⎪V0 , barreras
V ( x) = ⎨
⎪⎩0, otro lugar
V0
A
F
A'
F'
B
G
B'
G'
d1
b
x
d2
POTENCIAL
TRANSMISION
ELECTRÓ
ELECTRÓNICA
EN LA DOBLE BARRERA
V0 = 285 meV
Fig. I. Curvas de contorno para el coeficiente de transmisión a través de dos (a) y una (b) barrera, como
función de la energía de los electrones incidentes y el ángulo de incidencia. La concentración de
electrones fuera de las barreras se tomo como 0.5x10-12 cm-2 para todos los casos. Los parámetros
escogidos para las barreras fueron V0=285 meV, d1=100nm, d2=200nm y b=50nm.
Fig. II. Transmisión a través de dos (a) y
una (b) barrera como función del ángulo
de incidencia.
La energía de los
electrones incidentes se tomo como de
82.5 meV, los demás parámetros son
iguales a los de la figura anterior, solo
que para las curvas rojas V0=200 meV,
mientras para las curvas azules V0=285
meV.
Fig. III. Transmisión a través de dos barreras como función del ángulo de incidencia. En (a) se compara
el caculo exacto (curva punteada) de T con respecto al aproximado (curva continua), la curva azul
corresponde a E=10meV y la roja a E=80meV. En la parte (b) se compara, para una misma energía
incidente (10 meV) y barreras de igual ancho (100 nm), la transmisión para diferentes separaciones b,
curva azul 100nm y curva roja 500nm.
Lo anterior muestra que la Paradoja de Klein y su fenómeno asociado pueden ser
probados experimentalmente en artefactos hechos de grafeno.
Las propiedades de transporte del grafeno son excepcionales, los electrones en el
grafeno, bajo ciertos ángulos de incidencia, pueden a travesar las barreras como si estas
fueran “transparentes”. Las barreras siempre son transparentes para incidencia normal.
La simetría angular exhibida en la transmisión en el caso particular de incidencia sobre
una barrera se pierde cuando consideramos dos barreras bien sean iguales o diferentes,
esta asimetría se remueve con forme se separan las barreras.
Referencias:
[1] Katsnelson M. I. , et al, Nat. Phys. 2, 620-624 (2006).
[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Graphene.
AGRADECIMIENTOS:
[3] Katsnelson M. I. MaterialToday, 10, 20-27 (2007).
Al proyecto PAPIME No. PE104005 por financiar este proyecto y al
CNyN por proporcionar su infraestructura para hacerlo posible.
[4] Novoselov, K. S. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 102, 10451–10453 (2005).
Centro de Nanociencias y Nanotecnología - UNAM
15
Descomposición catalítica de polietileno: una opción amigable al ambiente
Ismael Alberto Gabaldón Saucedo1*,
Miguel Ávalos Borja 2, Juan Manuel Quintana Melgoza3
1
Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Chihuahua
2
Centro de Nanociencias y Nanotecnología, CNyN-UNAM
3
Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería, Universidad Autónoma de Baja California
La alta estabilidad química de los polímeros permite su acumulación en el ambiente,
causando el rompimiento de cadenas alimenticias, contaminando mantos freáticos, alterando
ciclos biogeoquímicos e interrumpiendo los procesos biológicos [1]. El polietileno tiene
múltiples aplicaciones que van desde materiales de construcción, aislantes eléctricos,
material de empaque, fibras textiles, juguetes, bolsas, hasta pasto artificial [2], por lo que es
importante encontrar la manera de reciclarlos.
En este trabajo de investigación se realiza un estudio fisicoquímico en la
transformación catalítica del polietileno. La síntesis del material catalítico se realiza
mediante la reacción del nitrato de níquel II hexahidratado al 4, 8, 16, y 32 % fase activa
(FA), y así mismo, se procede la reacción con el polietileno en un flujo de aire de 20 cm3/min
y a 400 ºC durante 30 minutos.
Las muestras obtenidas se identifican por difracción de rayos-X, espectroscopía por
dispersión de energía, y microscopía electrónica de barrido.
Se logra la descomposición catalítica del polietileno con los materiales 8, 16 y 32%
FA, sin embargo, el material óptimo es 32% FA, debido a la mejor conversión de polietileno
a carbono. Los materiales sintetizados son un posible catalizador de la reacción
de
descomposición del CO + NO, además posible material para la síntesis de nanotubos.
Agradecemos a E. Aparicio e I. Gradilla por su contribución técnica. Al Dr. Jesús Heiras por
aprobación y apoyo. A las personas que han aportado a mi formación científica: Dr. J.M.
Quintana, Dra. L. M. Rodríguez, Dr. M. A. Chávez, y Dr. M. Ávalos. Esta investigación fue
apoyada por el proyecto PAPIME No. PE104005.
[1] Xu Zhao, Zongwei Li, Yi Chen, Liyi Shi, Yongfa Zhu. Journal of Hazardous Materials.
Applied Surface Science 254 (2008)1825-1829.
[2] J. Aguado and D.P. Serrano In: Feedstock Recycling of Plastic Wastes J.H. Clark, Editor.
The Royal Society of Chemistry, Cambridge (1999).
16
Descomposición catalítica de polietileno:
una opción amigable al ambiente
[CH2-CH2-CH2-CH
]n 2-C
at
CH2
E= .
> NiO/
Ismael Alberto Gabaldón Saucedo1*, Miguel Ávalos Borja 2, Juan Manuel Quintana Melgoza3
1Facultad
de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Chihuahua, Chihuahua Chih., México.
de Nanociencias y Nanotecnología, CNyN – UNAM, Ensenada B.C., México.
3Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería, Universidad Autónoma de Baja California, Tijuana B.C., México.
2Centro
Resultados
Realizar la descomposición catalítica del polietileno a carbono.
ΔG=ΔH - TΔS
=
l
a
t
o
t
W E)
hυ
Exp. 4% F.A.
Ni
NiO
NiCx
SiO2
Intensidad (u.a.)
Introducción
La alta estabilidad química de los polímeros permite su acumulación en el
ambiente causando el rompimiento de cadenas alimenticias, contaminando
mantos freáticos, alterando ciclos biogeoquímicos e interrumpiendo los
procesos biológicos [1].
El polietileno tiene múltiples aplicaciones que van
desde materiales de construcción, aislantes
eléctricos, material de empaque, fibras textiles,
juguetes, bolsas, hasta pasto artificial [2], por lo
que es importante encontrar la manera de Figura 1. Productos de polietileno.
reciclarlos. Figura1.
Estudios acerca del tipo de carbón depositado en función del tratamiento
térmico arrojan que el carbón predominante y más beneficiado como efecto de
la temperatura es el carbón filamentoso [3]. Ver figura 2.
Cc
λ=
La caracterización de los productos de la reacción de descomposición de polietileno con Ni(NO3)2·6H2O fue realizada por XRD.
Figuras 7a, 8a, 9a y 10a. Se utilizó MEB para visualizar las características morfológicas (figuras 7b, 8b, 9b y 10b) y
simultáneamente EDS para conocer la composición elemental de cada material.
material al 4% fase activa (FA)
Se lleva a cabo un estudio fisicoquímico en la transformación catalítica del
polietileno, contaminante del ambiente. La síntesis del material catalítico se
realiza mediante nitrato de níquel II hexahidratado al 4, 8, 16 y 32% fase activa
(FA). Los materiales obtenidos se identifican por difracción de rayos-X,
espectroscopía por dispersión de energía, y microscopía electrónica de barrido.
El material óptimo es 32% FA, debido a la mejor conversión de polietileno a
carbono.
υ
C
Exp. 4%
Ni
NiO
NiC x
SiO2
Ni
Ni
Qtotal=
mCpΔ(T)
Zn
O
Ni
Si
Zn
30
40
50
60
70
80
22Th
θ
Figura 7a. Difractograma de rayos-x.
Exp. 8% F.A.
NiO
NiCx
Ni
Resumen
dT/dx=
?
______________
_
__
_
Objetivo
Figura 7c. Espectro realizado por EDS.
Figura 7b. Micrografía realizada en MEB.
Exp. 8%
NiO
NiCx
Ni
Zn
Ni
Ni
a)
b)
d)
c)
Intensidad (u.a.)
Filamento
Amorfo
Grafito
__
_
Porcentaje de Carbón Depositado (unidades arb.)
Δ(K
-[CH2-CH2-CH2-CH2{A+B+}
CH CH2]n
19
0
1
x
+ + 1e- 6
i
N
1.
-> Ni
=
=
n
Q eo- ul P
n!
C
{a1+a2+a3…}
PV
= i+
p
nRT me-= 9.11
x
1031 Kg
E = (P2/m) +
Cp=Cv+
v(r) 6.023 x
R
Q=V
23
C
10
θ
J 2 =
2
D∫ð
C
ð
x
n
=
E=m
(
m
/
P
.M.) [CH2CH2CH2CH2C
2
H2CH2]nc
Ni
C
Ni
O
Ca
30
40
50
60
70
Si
Ca
Ca
80
Ni
Ca
Ni
22Th
θ
Figura 8b. Micrografía realizada en SEM.
Técnicas de reciclado de polietileno de alta y baja densidad (HDPE y LDPE
respectivamente) se basan en el método de disolución/precipitación con
tolueno, xyleno y n-hexano, y su posterior pirólisis [4].
Existe una relación intrínseca que guarda el polietileno con su unidad atómica
fundamental, el carbono. Es naturalmente característico por sus formas
alotrópicas: grafito, diamante, fulerenos, además del amorfo [5]. Ver figura 3.
En nuestro caso se estudia la transformación catalítica de polietileno de baja
densidad a carbono utilizando nitrato de níquel hexahidratado.
Exp. 16% F.A.
NiO
NiCx
Ni
C
Ni
CaO
Ca
30
50
60
70
Ni(NO3)2·6H2O
MEB
Ni
Intensidad (u.a.)
Ni
Ni
O
Si
30
40
50
60
70
Ni
Ni
80
22 θTh
Fase 2.
Identificación
T= 400 °C
Ca
Ni
C
Mezcla
F= 20 cm3/min aire
Si
Figura 9b. Micrografía realizada en SEM.
Exp. 32%
NiO
Ni
NiCx
Exp. 32% F.A.
NiO
Ni
NiCx
EDS
Ni
80
Polietileno
Fase 1.
Síntesis
40
Ni
22Th
θ
Experimental
La metodología consta de dos fases complementarias; en la fase 1 (síntesis), se
realizaron múltiples experimentos, los cuales consisten en tratar una mezcla de
polietileno con el catalizador en un horno eléctrico (figura 4), para obtener una
proporción de óxido de níquel II/carbono (NiO/C) 0.04:1, 0.08:1, 0.16:1, 0.32:1,
siendo el NiO la fase activa (FA).
Ni
Intensidad (u.a.)
Figura
3.
Alotrópos
del
carbono.
a. amorfo,
b. diamante, c.grafito, d. fulereno.
Exp. 16%
NiO
NiCx
Ni
__
_
Figura 2. Porcentaje de carbón depositado.
Temperatura (K)
Figura 10c. Micrografía realizada en SEM.
Ninguno de los materiales contiene NiCx (figuras 7a, 8a, 9a y 10a). En la muestra 16% FA existe menor producción de NiO
respecto a la muestra 8% FA, se sugiere cierta inactividad en la muestra del 16% FA. Los EDS señalan la proporción relativa
elemental (figuras 7c, 8c, 9c y 10c); en el material 32% FA existe mayor cantidad de carbono que en las demás muestras, así
bien, el material 4% FA no presenta gran progreso en la reacción catalítica, esto se respalda en la figura 7b, y lo que
pareciera una alta producción de carbono, no es, sino la descomposición incompleta de polímeros. Las muestras 4 y 8% FA
presentan Zn y Ca respectivamente; estos minerales se justifican como composición del material de partida (LDPE), debido a
su ausencia en las muestras del 16 y 32% FA. Los difractogramas evidencian los compuestos que constituyen los
materiales; existen dos compuestos comunes: NiO y Ni. Figura 12.
t= 30 min
DRX
Gases
NaOH/H2O
NiO/C
Conclusiones
a)
La fase 2 (identificación) implica el análisis de
las muestras mediante espectroscopía por
dispersión de energía (EDS), microscopía
electrónica de barrido (MEB), y difracción de
rayos-x (DRX). Ver figuras 5 y 6.
Se logró la descomposición catalítica del polietileno a carbono.
En los materiales 8, 16 y 32% se encontró Ni y NiO.
El material óptimo fue el 32% F.A., debido a la mejor conversión del polietileno a carbono.
b
a
c
Figura 4. Horno eléctrico Linberg/Blue M
modelo TF55030A-1.
______
b)
__
_
__
_
_
__
__
______ _
_
C
Ni
Figura 11. Celdas unitarias
a. NiO , b. Ni.
Agradecimientos
Agradecemos a E. Aparicio e I. Gradilla por su contribución técnica. Al Dr. Jesús Heiras por
aprobación y apoyo. A las personas que han aportado a mi formación científica: Dr. J.M. Quintana,
Dra. L. M. Rodríguez, Dr. M. A. Chávez, y Dr. M. Ávalos. Esta investigación fue apoyada por el
proyecto PAPIME No. PE104005.
Futuras Investigaciones
El material obtenido es un posible catalizador de la reacción de descomposición del CO + NO,
además posible material para la síntesis de nanotubos.
Literatura citada
[1] Xu Zhao, Zongwei Li, Yi Chen, Liyi Shi, Yongfa Zhu. Journal of Hazardous Materials. Applied Surface Science 254 (2008)1825-1829.
Figura 6. Difractómetro de Rayos-X (XRD)
[2] J. Aguado, D.P. Serrano In: J.H. Clark, Editor, Feedstock Recycling of Plastic Wastes. The Royal Society of Chemistry, Cambridge (1999).
Marca Philips, modelo X-pert.
Figura 5. Microscopio Electrónico de
Barrido (MEB), marca Jeol 5300 JSM.
Autor responsable: Ismael Alberto Gabaldón Saucedo
E-mail: [email protected]
[3] Eartl G., Knözinger H., Weitkamp J., Preparation of solid catalysts. Editorial Wiley- VCH, Alemania (1997)171-175.
[4] D.S. Achillas, C. Roupakias, P. Megalokonomos, A.A. Lappas, E.V. Antonakou. Journal of Hazardous Materials. Pollution Prevention and
Restoration
of the Enviroment 149 (2007)536-542
17
Exploración de una función logística (de crecimiento poblacional) mediante
iteraciones.
Escuela Primaria “La Corregidora”
Se trabajó con una sucesión construida mediante la iteración de la función:
xn+1 = r * xn * (1- xn)
Que recibe el nombre de logística y sirve como un modelo simple de crecimiento de la
población. Sin embargo no se hace referencia a éstas, sino que sólo se ve su comportamiento
matemático.
Para la exploración de esta sucesión se elaboró un programa en VB5.
Las gráficas fueron incorporadas del programa Mathematica, ya que pueden ser exportadas
inmediatamente como archivos.
Lo más sobresaliente de este tipo de iteraciones es que a pesar de ser una expresión analítica
simple (cuadrática o de segundo grado):
- r * xn2 + r * xn
Su representación geométrica para algunos valores de r es muy complicada.
El modelo es adecuado para ilustrar algunos conceptos involucrados en el proceso iterativo.
Se utilizan números aleatorios para elegir el valor inicial de la sucesión u órbita.
Se graficó el valor de xn para aclarar el comportamiento de la sucesión ya que es difícil para
el cerebro de los humanos percibir conjuntos de números.
Los conceptos involucrados fueron tomados de [1], que fue parcialmente traducido al
español.
Agradecimientos:
CNyN-UNAM
Proyecto PAPIME No.PE104005
Arturo Gamietea Domínguez
[1] Devaney, Robert L. “Dynamics of simple maps”, Proceedings of Symposia in Applied Mathematics, Vol.
39, American Mathematical Society, 1989.
18
Exploración de una función logística (de crecimiento poblacional) mediante iteraciones.
Participante:
Escuela Primaria “La Corregidora”
Se muestra un ejemplo de una sucesión construida mediante la iteración de la función o mapeo:
x+1 = r * x * (1- x)
Que también recibe el nombre de logística y se utiliza como un modelo simple de crecimiento de la
población.
xn + 1 = r * xn (1-xn)
En estas imágenes se muestran gráficas de la función con diferentes valores de r)
Para algunos valores de r la sucesión tiende a un valor específico, se le llama punto atractor.
Para otros valores de r la sucesión oscila entre 2, 3, 4 ó más puntos.
Función o mapeo:
Relación unívoca entre dos conjuntos.
Iteración:
Es la aplicación sucesiva de una misma función a sus propios resultados.
Órbita de p, en donde p ε R es la sucesión:
Punto fijo:
Órbita que consta de un solo punto.
p, F(p), F2(p), F3(p), F4(p), F5(p), F6(p), F7(p), F8(p),…
Punto fijo atractor o sumidero.
Punto de la órbita al que puntos cercanos a él, cuando n crece, se le acercan.
Punto fijo repelente.
Punto de la órbita en el que puntos cercanos a él, cuando n crece, se le alejan.
Pregunta fundamental de la dinámica:
¿Cuál es el comportamiento de la órbita
Fn(p) cuando n->∞ ?
Conclusiones:
• Es un buen método para aprender conceptos
matemáticos.
•El uso del equipo de cómputo se convierte en un
laboratorio para las matemáticas.
Referencias:
Devaney, Robert L. “Dynamics of simple maps”,
Proceedings of Symposia in Applied Mathematics,
Vol. 39, American Mathematical Society, 1989.
Agradecimientos:
CNyN-UNAM
Proyecto PAPIME No.PE104005
Arturo Gamietea Domínguez.
Centro de Ciencias de la Materia Condensada UNAM
19
Microscopía túnel de barrido de espín polarizado (SP-STM) en películas de cromo.
Guerrero Salmerón Aldo Alan1, Herrera Zaldívar Manuel2
1
Facultad de Ciencias, Universidad Autónoma de Baja California, Campus Ensenada.
Km. 105 Carretera Tijuana-Ensenada C. P. 22800 Ensenada B. C. México
2
Centro de Nanociencias y Nanotecnología – UNAM
Km. 107 Carretera Tijuana-Ensenada, C. P. 22800 Ensenada B. C. México
El microscopio de efecto túnel (STM) basa su funcionamiento en el fenómeno conocido
como tuneleo cuántico. Este proceso ocurre entre los electrones de una punta metálica en el
microscopio y la superficie de la muestra, que debe ser metálica o semiconductora con
rugosidades menores al micrómetro (1000 nm). La punta del microscopio túnel se encuentra
a distancias del orden de unos pocos nanómetros, 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 vacío, para transferirse a la superficie de una muestra (o viceversa, según
sea el signo del potencial aplicado) .
Mediante un conjunto de piezoeléctricos, se logra que la punta metálica barra una
determinada superficie de la muestra. Dado que la corriente de tuneleo varía
exponencialmente con la distancia relativa entre la punta y la muestra, es posible obtener un
mapa topográfico de la superficie al registrar la corriente durante el barrido de la superficie
analizada. La construcción de la punta resulta de suma importancia, ya que debe ser lo
suficientemente fina como para que la corriente túnel se establezca esencialmente a través de
un único átomo, generando así una imagen topográfica con resolución atómica.
En este trabajo se presentan experimentos de tunelamiento de electrones, en el STM, a través
de puntas W recubiertas con Fe y magnetizadas paralela y transversalmente, con las que al
barrer una superficie de Cr (antiferromagnético), depositada por calentamiento Joule, la
corriente túnel detectada por el sistema posee polarización de espín [1]. Este efecto permite
identificar los dominios magnéticos formados por la polarización magnética de terrazas en el
Cr. Aunque dichas terrazas poseen una diferencia de altura de unos pocos Angstroms entre
cada una de ellas, presentamos imágenes de STM con puntas de W no recubiertas y
recubiertas que muestran una variación en la señal de corriente túnel sin polarización y con
polarización de espín.
Bibliografía:
[1] K. von Bergmann, M. Bode, R. Wiesendanger, J. Magnetism and Magnetic Mater, 305
(2006) 279
Agradecimientos:
Se agradece a I. Gradilla por su apoyo técnico, al proyecto Conacyt J47505F, al Proyecto
No. PAPIME PE104005, y al comité organizador del Taller Jóvenes a la Investigación 2008.
20
Microscopía túnel de barrido de espín polarizado
(SP-STM) en películas de cromo.
A. A. Guerrero-Salmerón1, M. Herrera-Zaldívar2
de Ciencias, Universidad Autónoma de Baja California, Campus Ensenada.
Km. 105 Carretera Tijuana-Ensenada C. P. 22800 Ensenada B. C. México
2Centro de Nanociencias y Nanotecnología – UNAM
Km. 107 Carretera Tijuana-Ensenada, C. P. 22800 Ensenada B. C. México
1Facultad
En este trabajo se presentan experimentos de STM de espín polarizado, usando puntas W recubiertas con Fe magnetizadas paralela y transversalmente. Se estudiaron películas de Cr
(antiferromagnético) depositadas por calentamiento Joule, encontrando que la corriente túnel detectada por el sistema posee polarización de espín [1]. Este efecto permirió identificar los dominios
magnéticos formados por la polarización magnética de las terrazas en el Cr. Aunque dichas terrazas poseen una diferencia de altura de unos pocos Angstroms entre cada una de ellas, en este
trabajo se presentan imágenes de STM con puntas de W no recubiertas y recubiertas que muestran una variación en la señal de corriente túnel sin polarización y con polarización de espín.
Resultados y discusión.
Introducción
(a)
El microscopio de efecto túnel (STM) basa su funcionamiento en el fenómeno conocido como
tuneleo cuántico. Este proceso ocurre entre los electrones de una punta metálica en el
microscopio y la superficie de la muestra, que debe ser metálica o semiconductora con
rugosidades menores al micrómetro (1000 nm). La punta del microscopio túnel se encuentra
a distancias del orden de unos pocos nanómetros, 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 vacío, para transferirse a la superficie de una muestra (o viceversa, según
sea el signo del potencial aplicado) [2].
(c)
(b)
500
400
Y[nm]
W
300
200
100
Mediante un conjunto de piezoeléctricos, se logra que la punta metálica barra una
determinada superficie de la muestra. Dado que la corriente de tuneleo varía
exponencialmente con la distancia relativa entre la punta y la muestra, es posible obtener un
mapa topográfico de la superficie al registrar la corriente durante el barrido de la superficie
analizada. La construcción de la punta resulta de suma importancia, ya que debe ser lo
suficientemente fina como para que la corriente túnel se establezca esencialmente a través
de un único átomo, generando así una imagen topográfica con resolución atómica.
0
0
100
200
300
400
500
X[nm]
Figura No. 4 (a) Movimiento de una punta de W sobre una superficie de Cr, topografía de la
película policristalina de Cr (b) 2D y (c) 3D.
Una vez que se obtuvieron imágenes de los cristalitos que forman la película de
de Cr, se procedió a utilizar la punta recubierta con Fe magnetizada paralelamente,
obteniendo así las imágenes de la Figura No. 5.
(a)
(c)
(b)
B
500
400
Y[nm]
Fe
300
200
100
0
0
100
200
300
400
500
X[nm]
Figura No. 1 STM con el piezoeléctrico comprimido al encontrar un escalón durante el barrido.
Descripción del trabajo realizado
Figura No. 5 (a) Movimiento de una punta recubierta con Fe, y magnetizada paralelamente, sobre la
película de C. (b) Aspectos de los cristalitos de Cr en 2D y (c) en 3D mostrando un decremento de la
corriente túnel en los dominios magnéticos de los cristalitos con magnetización opuesta a la punta
del STM
Al analizar la película de de Cr con una punta magnetizada transversalmente, no se
encontraron variaciones en la corriente túnel, obteniendo una alta resolución espacial
Inicialmente se afilaron puntas de tungsteno (W) para el STM por erosión electroquímica en
una solución de hidróxido de sodio (6N) y un voltaje alterno de 7 V.
(a)
B
12
(b)
10
8
Y[nm]
Posteriormente se realizaron una serie de evaporaciones de Cr y Fe por calentamiento
Joule. La primera de ellas para depositar Cr sobre un sustrato de boro-silicato y obtener una
película policristalina [Figura No. 2(a)]. La segunda y tercera para cubrir puntas de W con Fe
magnetizado transversal y paralelamente. [Figuras No. 2(b) y (c)].
Segmento de Fe
6
4
Segmento de Fe
Segmento de Cr
2
0
0
B
Boro-silicato
2
4
6
8
10
X[nm]
B
Punta de W
Imán
Imán
(a)
Imán
Punta de W
Figura No. 6 (a) Imagen de STM de alta resolución adquirida de una punta recubierta con Fe
magnetizada horizontalmente
Imán
(b)
Imán
(c)
Figura No. 2 Arreglo para el (a) deposito de una película de Cr sobre un sustrato de borosilicato. (b) transversal y (c) paralelamente. Recubrimiento de puntas de W con Fe
magnetizadas
Conclusiones
1. Usando puntas de W recubiertas con Fe y magnetizadas longitudinalmente fue posible
observar dominios magnéticos en películas policristalinas de Cr.
2. Se observaron variaciones de la corriente túnel detectada en el STM, reflejadas en una
variación de la topografía, producidas por efectos de la polarización del espín.
3. Se observó que al utilizar puntas magnetizadas transversalmente las imágenes adquiridas
con el STM no mostraron efectos de polarización al no observar dominios magnéticos.
4. Con el STM a presión atmosférica se lograron reproducir resultados de polarización de
espín observador en experimentos realizadas en UHV por otros autores.
Agradecimientos
Se agradece a I. Gradilla por su apoyo técnico, a los proyectos Conacyt J47505F y PAPIME
No. PE104005, así como al comité organizador del Taller Jóvenes a la Investigación 2008.
Bibliografía
[1] K. von Bergmann, M. Bode, R. Wiesendanger, J. Magnetism and Magnetic Mater, 305 (2006) 279
[2] Strocio, J. A. and W. J. Kaiser. Scanning Tunneling Microscopy (Methods of experimental
physics: v. 27). Academic Press, Inc. San Diego, CA (1993).
Figura No. 3 Campana evaporadora por calentamiento Joule.
Cada uno de los arreglos de la Figura No. 2 fue acomodado dentro de la campana
evaporadora, llegando a utilizar una corriente de 20 A y alcanzando temperaturas
superiores a los 1600 °C.
21
Espectro de Energía y Entrelazamiento un Magneto Molecular de Tres Espines
Aldo Josué Huerta Verde1, Fernando Rojas Iñiguez2
Facultad de Ciencias, UNAM Ciudad Universitaria México DF.
2
Centro de Nanociencias y Nanotecnología UNAM Campus Ensenada.
1
Un Magneto Molecular, en general se puede consideres es una entidad molecular compleja
que contiene varios iones magnéticos donde los espines acoplados generan un espín colectivo
[1]. Ese sistema de espines produce estado entrelazados de muchas partículas. Cuando dos o
mas partículas son creadas o interaccionan en el mismo proceso se dice que adquieren un
estado de entrelazamiento lo que significa que su función de onda no es factorizable en sus
componentes[2] y produce efectos puramente cuánticos interesantes. Estos estados de
entrelazamiento pueden ser aprovechados como en computación e información cuántica para
teleportación de estados además de ser útiles también como medio de transporte encriptado
de información cuántica.
En este trabajo consideramos un modelo de tres espines A, B, C de una capa triangular
formada por átomos de vanadio que forman el magneto molecular. Modelo del Hamiltoniano
es de Heisenberg tipo intercambio, se aplica un campo magnético en dirección del eje z
homogéneo y una variante más para generar una anisotropía en campo magnético para poder
observar los efectos en las propiedades de entrelazamiento.
Estudiamos los espectros de energía, three-tangle medida del entrelazamiento entre los tres
espines y la concurrencia como grado de entrelazamiento de los subsistemas de dos
espines AB, AC y BC [3] como función del parámetro de campo magnético. El estudio se
enfoca en las propiedades para los estados tipo entrelazados W y GFR así como las
transiciones a los estados WRr+ y WRR+ [4] debido a la presencia del campo magnético no
uniforme.;
Agradecimientos al Proyecto No. PAPIME PE104005.
Referencias
________________________________________________________________________________________
[1] S. Bertaina, S. Gambarelli, T. Mitra, B. Tsukerblat, B. Barbara, Nature 453, 06962 (2008).
[2] A. D. Aczel. Entrelazamiento: El mayor misterio de la física.Drakontos.
[3] R. Lohmayer, A. Osterloh, J. Siewert, A. Hulmann. Phys. Rev. Lett. 97 260502 (2006).
[4] A. K. Rajagopal, R. W. Rendell. Phys. Rev. A 65 032328 (2002)
22
Espectro de Energía y Entrelazamiento en un
Magneto Molecular de Tres Espines
Aldo Josué Huerta Verde1, Fernando Rojas Iñiguez2
de Ciencias, UNAM Ciudad Universitaria México DF.
2Centro de Nanociencias y Nanotecnología UNAM Ensenada BC.
1Facultad
En este trabajo consideramos un modelo de tres espines A, B, C de una capa triangular formada por átomos de vanadio como parte de un magneto molecular. El
Modelo del Hamiltoniano es de tipo Heisenberg de intercambio, se aplica además un campo magnético en dirección del eje z homogéneo y una variante más
para generar una anisotropía en el campo magnético para poder observar los efectos en las propiedades de entrelazamiento.
Estudiamos el espectro de energía , three-tangle medida del entrelazamiento entre los tres espines y la concurrencia como grado de entrelazamiento de los
subsistemas de dos espines AB, AC y BC como función del parámetro de campo magnético. El estudio se enfoca en las propiedades para los estados tipo
entrelazados W ( WRr+ y WRR+) debido a la presencia del campo magnético no uniforme.
RESULTADOS
Un Magneto Molecular, en general se puede considerar como una entidad
molecular compleja que contiene varios iones magnéticos donde los espines
acoplados generan un espín colectivo [1].
(c)
Espín doblete
C(AB) = 2/3 C(AC) = 2/3 C(BC) = 1/3
Eigenestados del Sistema h Uniforme
C(AB) = C(AC) = C(BC) = 0
33
= ↑↑↑
22
11
22
Espín Cuadruplete
11
22
31
1
( ↓↑↑ + ↑↓↑ + ↑↑↓ )
=
22
3
3 1
1
( ↓↓↑ + ↓↑↓ + ↑↓↓ )
−
=
2 2
3
C(AB) = 2/3 C(AC) = 2/3 C(BC) = 2/3
Cuando dos o mas partículas son creadas o interaccionan en el mismo
proceso se dice que adquieren un estado de entrelazamiento lo que significa
que su función de onda no es factorizable en sus componentes y produce
efectos puramente cuánticos interesantes.
|ψ 〉 AB
| WRR+〉 =
Gráfica (b)
Estos estados de entrelazamiento pueden ser aprovechados
en
computación e información cuántica para teleportación de estados
además de ser útiles también como medio de transporte encriptado de
información cuántica.
EL MODELO
1
( − ↓↓↑ + 2 ↑↓↓ − ↑↑↓ )
6
1
=
1
2
2
1 1
−
2 2
( ↑↓↑ − ↑↑↓ )
1
( ↓↓↑ − ↓↑↓ )
2
2
C(AB) = 0 C(AC) = 0 C(BC) = 1
=
Estos estados están caracterizados por
los estados del tipo WRR+ para los
Cuadrupletes y WRr+ para los dobletes
| ψ 〉 AB = ∑ Cij | i〉⊗ | j 〉
⎞
⎛
⎞⎛
=|ψ 〉 A |ψ 〉 B = ⎜ ∑ Ci | i〉 ⎟ ⎜ ∑ C j | j〉 ⎟
⎝ i
⎠⎝ j
⎠
1
( ↑↓↑ − 2 ↓↑↑ + ↑↑↓ )
6
=
Espectro
de
energía
(a)
magnetización (b) y tangle (c) del
estado base con parámetro α=0
Campo Homogéneo.
ENTRELAZAMIENTO
ij
=
1
1 1
−
2 2
3 3
−
= ↓↓↓
2 2
(
)
(
1
1
↓↓↑ + ↓↑↓ + ↑↓↓ ,| WRr+〉 =
↑↑↓ − 2 ↑↓↑ + ↓↑↑
3
6
)
Las siguientes gráficas muestran los Espectros de energía cuando se ha
aplicado un campo anisotrópico α, se observa que se remueve la
degeneración de uno de los dobletes así como la dependencia con el
parámetro α.
Se analiza el sistema de tres partículas con espín ½ mostrado en la Figura 1.
el problema esta caracterizado un Hamiltoniano de Heisenberg de tipo
intercambio con campo magnético. Se demostró que el sistema está dado
r r
r r
r r
por:
z
z
z
H = JS1 ⋅ S2 + JS2 ⋅ S3 + JS1 ⋅ S3 + h1 S1z + h2 S2 z + h3 S3 z
h1 z = g μ g Bz
d) Energía con campo anisotrópico
con parámetro α=0.5
e) Energía con campo anisotrópico con
parámetro α=1
h2 z = h1z (1 + α )
h3 z = h1z (1 − α )
J = 1/ 4
MÉTODO DE TRABAJO
Se calculó la matriz del hamiltoniano de Heisenberg, se sumó también
los coeficientes del efecto Zeeman, se calculan los Eigenvalores y
Eigenvectores del sistema , con estos resultados se obtiene también el
entrelazamiento.El three-tangle τ caracteriza el grado de entrelazamiento
en tres partículas y su análogo para dos es la concurrrencia C
A
C ( AB) = 2 | γ 1,2 || β1,2 |
B
C ( AC ) = 2 | γ 1,2 || α1,2 |
C
Concurrencia entre
pares de Partículas
| φ ''〉 = α 2 ↑↑↓ + β2 ↑↓↑ + γ 2 ↓↑↑
| α1,2 |2 + | β1,2 |2 + | γ 1,2 |2 = 1
CONCLUSIONES
•El estado de entrelazamiento en sistemas de tres partículas es una
generalización de un sistema de dos, sin embargo se encuentran
características propias.
•La caracterización de los estados están definidas por los estados W
generalizados.
C ( BC ) = 2 | α1,2 || β1,2 |
| φ '〉 = α1 ↓↓↑ + β1 ↓↑↓ + γ 1 ↑↓↓
f) Concurrencias Parciales para dos
partículas en el estado base, para α=0.5
La forma generica del
estado base y primer
excitado es del tipo W
generalizada
Se define la concurrencia como el grado de entrelazamiento entre dos
partículas, siendo esta un numero positivo entre cero y uno, donde
cero es un estado de no entrelazamiento y uno es entrelazamiento
puro. El entrelazamiento three-tangle es un numero entre cero y uno.
Centro de Nanociencias y Nanotecnología, UNAM
•Las relaciones que existen entre las concurrencias parciales marcan el
entrelazamiento del sistema que no necesariamente depende del threetangle que es cero en todos los caso lo que indica necesariamente que
se debe caracterizar los estado entrelazados de los subsistemas
•La dependencia con el campo magnético anisotrópico muestra que se
remueven las degeneraciones y se pueden manipular las C(AB),C(AC) y
C(BC).
Agradecimientos al Proyecto PAPIME No. PE104005 por el apoyo para la realización de esta Estancia de
investigación.
Referencias
[1] S. Bertaina, S. Gambarelli, T. Mitra, B. Tsukerblat, B. Barbara, Nature 453, 06962 (2008).
[2] A. D. Aczel. Entrelazamiento: El mayor misterio de la física.Drakontos.
[3] R. Lohmayer, A. Osterloh, J. Siewert, A. Hulmann. Phys. Rev. Lett. 97 260502 (2006).
[4] A. K. Rajagopal, R. W. Rendell. Phys. Rev. A 65 032328 (2002)
23
Las Unidades Estructurales Secundarias en las Zeolitas
Iris Alejandra Lizárraga López1, Oscar Raymond Herrera2.
Universidad de Guadalajara (CUCEI) Blvd. Marcelino Barragán 1421, CP 44430,
Guadalajara, Jalisco, México.
2
Centro de Nanociencias y Nanotecnología, Km 107 Carretera Tijuana- Ensenada, UNAM,
Ensenada, Baja California, México.
[email protected], [email protected].
1
Las zeolitas como cribas moleculares encuentran sus mayores aplicaciones industriales en la
adsorción selectiva de especies, la separación de moléculas y la catálisis. El gran interés
académico e industrial en las zeolitas es debido a sus remarcadas propiedades estructurales y
químicas que incluyen poros uniformemente distribuidos de tamaños moleculares, la
capacidad de intercambio iónico, la acidez controlada y una alta estabilidad térmica que
encuentran aplicaciones en el tratamiento de aguas, refinamiento de aceites, la petroquímica,
separación de gases, la agricultura, entre otras ramas industriales.
En el presente trabajo el objetivo es presentar las diferentes clasificaciones de las zeolitas
atendiendo las Unidades Estructurales Secundarias (UES) como se ilustra en la figura abajo.
El estudio de las UES nos permite entender la diversidad estructural de las zeolitas, así como
comprender sus propiedades físico-químicas y por tanto su alto potencial en las aplicaciones.
En el trabajo se discuten las clasificaciones de Meier y Breck. Según Meier, en 1968,
apoyándose en estudios cristalográficos, propuso una clasificación estructural de las zeolitas
basada en la existencia de Unidades Secundarias de Construcción, designándolas por las 3
primeras letras de cada grupo. Por su parte, Breck, en 1974, establece 7 grupos de acuerdo a
la unidad estructural secundaria que conforma la estructura.
Unidades Estructurales Secundarias
Referencias:
[1] m Rolando Roque-Malherbe, Física Química De Las Zeolitas, Centro de Investigaciones Científicas,
CENIC-MES, La Habana 1988.
[2] International Zeolite Association, IZA, Structure Commission:http://www.iza-structure.org/
24
Las Unidades Estructurales Secundarias en las Zeolitas
Iris Alejandra Lizárraga López1, Oscar Raymond Herrera2.
1
2Centro
Universidad de Guadalajara (CUCEI) Blvd. Marcelino Barragán 1421, CP 44430, Guadalajara, Jalisco, México.
de Nanociencias y Nanotecnología, Km 107 Carretera Tijuana- Ensenada, UNAM, Ensenada, Baja California, México.
En el presente trabajo el objetivo es presentar las diferentes clasificaciones de las zeolitas atendiendo las Unidades Estructurales Secundarias (UES). El estudio de las UES nos
permite entender la diversidad estructural de las zeolitas, así como comprender sus propiedades físico-químicas y por tanto su alto potencial en las aplicaciones. En el trabajo se
discuten las clasificaciones de Meier 1968 y Breck 1974. Las zeolitas poseen propiedades químicas como intercambio de iones, adsorción o deshidratación y rehidratación que se
utilizan cada año con algunos fines como suavizantes de agua, en detergentes, como catalizadores, como adsorbentes, para mejorar las características de suelos al controlar el pH, la
humedad y el mal olor de los abonos, entre otras aplicaciones. Todas estas propiedades están en función de la estructura que posee el cristal de cada especie.
¿Que son las zeolitas?
Son alumino-silicatos cristalinos cuyas redes están formadas por
tetraedros de AlO4- y SiO4- conectados, donde cada átomo de
oxígeno pertenece a dos tetraedros.
Fig1. Unidad básica de las zeolitas
En las zeolitas existen sistemas de canales: unidimensionales (1D), bidimensionales (2D) y
tridimensionales (3D). Estos determinan el tamaño y forma de las ventanas que controlan
el acceso a los canales y cavidades de la molécula adsorbida, así como el numero, tamaño
y posición de los cationes.
De fórmula general :
Mx/n[(AlO
[(AlO2)x(SiO2)y] . m H2O
Donde:
Según Breck, en 1974, establece 7 grupos de acuerdo a la unidad estructural secundaria
que conforma la estructura.
M: Es un catión de valencia n [(Na, K, Li) y/o (Ca, Mg, Ba, Sr)].
Tales cationes neutralizan la carga negativa del enrejado por Si o Al.
Tabla 2; Clasificación según Breck.
GRUPO
UES
ZEOLITAS
1
S4R /4/
Analcima, Harmoton, Phillipsita, Gismondina,
Zeolita P, Paulingita, Laumontita y Yugawaralita
2
S6R /6/
Erionita, Offretita, Zeolita T, Levinita, Zeolita Omega,
Hidrosdalita y Losod
3
D4R /4-4/
Zeolita y ZK-4
4
S6R /6-6/
Faujasita, Zeolita X, Zeolita Y, Chabacita, Gmelinita, ZK-5, Zeolita L
5
/4-1/
Natrolita, Scolecita, Mezolita, Thomsonita,
Gonnardita, Edingtonita
6
/5-1/
7
/4-4-1/
Mordenita, Dakiardita, Ferrierita,
Epistilbita, Bikiatita
Heulandita, Clinoptilolita, Estilbita, Brewsterita
Ejemplo de la clasificación de Breck esta el grupo 1.
Grupo 1 (U.E.S. S4R/4/)
Analcima, Harmoton, Phillipsita, Gismondina, Zeolita P, Paulingita, Laumontita y
Yugawaralita.
ANALCIMA
Fig. 2 Unidades Estructurales Secundarias (UES) cada línea representa un enlace T-O-T (S4R= anillo simple de 4
unidades; D4R= anillo doble de 4 unidades T, etc.)
PHILLIPSITA
Tabla 1,Clasificación según Meier
TIPO
ZEOLITA
AB
W
AFG
Li-A (BW)
ISOESTRUCTU
RAS
Afghanita
TIPO
ZEOLITA
4 6 8
LIO
Liotita
6
LOS
Losod
LTA
A
6
4 6
8
4-4
6
4
6
4
6
AFI
AlPO4-5
ANA
Analcima
BIK
Bikiatita
5-1
Wairakita
L
MAZ
Mazzita
4 5-1
5-1
BRE
Brewsterita
4
MEL
ZSM-11
Cancrinita
6
MEP
Melanophlogita
CHA
Chabacita
MER
Merlionita
DAC
FAR
Dachiardita
Dodecasil1H
TMA-E (AB)
EDI
Edingtonita
EPI
Epistilbita
ERI
Erionita
FAU
Faujasita
FER
Ferrierita
DOH
4 6 66
5-1
MFI
ZSM-5
MOR
Mordenita
MTN
ZSM-39
4-1
NAT
Natrolita
5-1
OFF
Offretita
4 6
4 6
6-6
PAU
Paulingita
PHI
Phillipsita
RHO
Rho
GIS
Gismondina
Na-P, Linde B
GME
Gmelinita
Na-S
HEU
Heulinita
Clinoptilolita
4-4-1
Leonhardita
4 6
6-6
6
KFI
ZK-5
LAU
Laumontita
LEV
Levynita
4 8
SCA
Scapolita
SOD
Sodalita
STI
Stilbita
THO
Thomsonita
TON
Theta-1
YUG
Yugawaralita
Ba-G
UES
LTL
CAN
Herschelita, KG
ISOESTRUCTUR
AS
UES
Silicalita
Fig. 3. Analcima.. Visto a lo largo de la direccion (100)
Un ejemplo de la clasificación de Meier. En el caso del
grupo HEU, representado por la Heulandita, como
variante isoestructural se encuentra la Clinoptilolita; entre
ellas la composición química se caracteriza por cambios
marcados en la relación Si/Al, así como en la
composición de cationes intercambiables. Se distinguen
por el contenido de silica (alta sílica vs. baja silica). Las
zeolitas de baja silica son ricas en calcio y a menudo
contienen Ba y Sr, mientras que las zeolitas con alta silica
son ricas en K, Na y Mg.
4 8
8-8
5-1
5-1
Mesolita,
Scolecita
Fig 4 Phillipsita. Visto a lo largo de la dirección (100)
4-1
6
4
Harmoton
4
8
Fig. 5 Heulandita. Vista a lo largo de la
dirección 001.
4 6
8 6-6
Tugtupita
Stellerita,
Barrerita
Gonnardita
4
6
4-4-1
4-1
Agradecimientos:
Proyecto PAPIME No. PE104005, al Instituto CYCN por habernos
proporcionado todas las facilidades en el desarrollo del proyecto. A mi
tutor Oscar Raymond
Higuera por su asesoría y apoyo en la
investigación.
Referencias:
[1] Rolando Roque-Malherbe, Física Química De Las Zeolitas, Centro de Investigaciones Científicas,
CENIC-MES, La Habana 1988.
[2] International Zeolite Association, IZA, Structure Commission:http://www.iza-structure.org/
4 8
25
INTERACCIONES DE LA ZEOLITA CON SALES CUATERNARIAS
DE AMONIO
CLAUDIA IVONNE LOYA TAFOLLA
Dr. MAYRA PAULINA HERNÁNDEZ SÁNCHEZ
Dr. JOSÉ FERNÁNDEZ BERTRAN
1. FACULTAD DE QUÍMICO FARMACOBIOLGÍA. UNIVERSIDAD
MICHOACANA DE SAN NICOLAS DE HIDALGO, MORELIA,
MICHOACÁN
2. INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLIGÍA DE MATERIALES.
UNIVERSIDAD DE LA HABANA, CUBA
El trabajo presenta un estudio espectroscópico de las interacciones de la mordenita con sales
cuaternarias de amonio con sales cuaternarias de amonio. Dos procedimientos de síntesis
fueron utilizados; “A”, mezcla suave de los reactivos sólidos y agitación violenta de la
suspensión en agua, seguida de filtrado y lavado del sólido remanente; “B”, molida fuerte de
los dos sólidos mezclados, formación de una suspensión acuosa, filtrada y lavada. Las
muestras fueron estudiadas por XPS y EDS. Los espectros de XPS fueron calibrados usando
el pico de Si 2p (103.4 eV) [1-3]. El estudio de las ventanas de alta resolución del Na y Al
por XPS, indicaron la perdida de los cationes en la superficie de la muestra tratada por el
proceso “B”. Los Espectros de Energía Dispersiva (EDS), confirman la perdida de dichos
cationes aparece en parte de la perdida de la mordenita y no solo en la superficie.
La perdida del catión del Aluminio, conocido como dealuminizacion de la zeolita [4], ha sido
observada en diferentes procesos de tratamiento de este material. La interacción con las sales
cuaternarias de amonio y la zeolita produjo un comportamiento semejante pero solo cuando
estas fueron sometidas a una fuerte molida.
Agradezco a los Doctores que me propusieron el tema y que han ayudado a desarrollarlo que
fueron: José Antonio Díaz Hernández y Mario Farías Sánchez, pero muy en especial
agradezco a mis Doctores Mayra Paulina Hernández Sánchez y José Fernández Bertrán.
[1] O. Moreaua, C. Portellab, F. Massicotb, J.M. Herryc, A.M. Riqueta,* Journal Surface & Coatings Technology.
ScienceDirect [4] 201 (2007) 5994-6004.
[2] Ivan Jirka,1 jan Plsek, and Josef Kotrla. Journal of Catalysis, idealibray. IDEALR, 200,345-351(2001).
[3] K.L. Tan and B.T.G. Tan, E.L. Kang and K.G. Neoh; PHYSICAL REVIEW B; The American Physical
Society1989.
[4] Complex thermal expansion properties of Al-containing HZSM-5 zeolite: A X-ray diffraction, neutron
diffraction and thermogravimetry study. Microporous and Mesoporous Materials 111 (2008) 110–116.
26
Donde:
MP= Mordenita
MD= Dodecil Trimetil Amonio de Bromo
MT= Tetradecil Trimetil Amonio de Cloro
MO= Octadecil Trimetil de Cloro
3.0
7
Al 2p
3.2
Na 1s
Si 2p
2
MD_molida
MO_molida
MO_molido
MT_mezclado
MT_molida
1.0
MD_mezclado
0.5
MD_molida
1
MP
58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90
MP
90
Energía de amarre (eV)
95
100
105
110
115
4
MT_mezclado
3
MT_molida
2
MD_mezclado
1
MD_molida
0
120
MO_mezclado
2.0
1.8
MO_molida
1.6
1.4
MT_mezclado
1.2
MT_molida
1.0
0.8
MP
1068
1072
1076
1080
1084
MD_mezclado
MD_molida
MT_mezclado
2.0
1.5
MT_molida
1.0
MD_mezclado
MO_molida
4.0
3.5
MT_mezclado
3.0
MT_molida
2.5
2.0
MD_mezclado
22
MO_mezclado
20
18
16
MT_molido
14
12
MD_molido
10
1.5
8
1.0
6
0.5
MD_molida
0.0
MP
520
530
540
550
MD_mezclado
MD_molida
4
0.5
MP
MEZCLADO
Na
MO_molida
2.5
0.2
1088
MO_molido
24
4.5
0.6
0.0
1064
DATA
26
MO_mezclado
MO_mezclado
3.0
2.2
0.4
0.0
0
28
2
2.0
1.5
N 1s
5.5
2.4
Intensidad normalizadas
MD_mezclado
5
MT_molida
MT_mezclado
3
C 1s
3.5
2.6
5.0
MO_mezclado
5
6.0
4.0
O 1s
2.8
MO_mezclado
MO_molido
4
30
3.0
6
2.5
Intensidades x10 (conteos)
MO_mezclado
Na 2s
6
7
MP
2
MP
0.0
0
275
280
285
290
Energia de amarre (eV)
295
395
400
405
410
X Axis Title
415
420
10
20
30
40
50
2(Θ)
MOLIDO
O
Si/Al
DATA
MP
0
Na
2104625
O
MP
26605
210462.5
5.9
MD
3760.9
182079
7.46
MD
0
500521
MT
3654.4
312640
6.35
MT
0
428818
MO
3714
340055
5.16
MO
0
413668
La interacción de las sales cuaternarias de amonio con la mordenita produce
una perdida de Al y Na en la superficie cuando estás son molidas en presencia
de agua.
[1]
En la ventana de alta resolución de los XPS del nitrogeno se tienen dos
especies de Nitrógeno, lo que indica que N+ se puede colocar en dos diferentes
sitios de la superficie.
Agradezco el apoyo brindado por mis asesores que son
Mayra Paulina Hernández Sánchez y José Fernando
Fernández Bertrán. Al CNyN por permitirme participar en
este verano de investigación y en especial a mi madre que
me apoyado en todo. Trabajo apoyado por PAPIME No.
PE104005
O. Moreau, C. Portella, F. Massicot, J.M. Herry, A.M. Riquet. Journal Surface & Coatings Technology.
ScienceDirect [4] 201 (2007) 5994-6004.
[2] Ivan Jirka, Jan Plsek, and Josef Kotrla. Journal of Catalysis, idealibray. IDEAL, 200,345-351(2001)
[3] K.L. Tan and B.T.G. Tan, E.L. Kang and K.G. Neoh; PHYSICAL REVIEW B; The Ameerican Physcal Society 1989
[4] Complex thermal espansion properties of Al-containig HZSM-5 zeolita: A X-ray diffaction, neutron diffaction and
thermogravimetry study. Microporous and Mesoporous Materials 111 (2008) 110-116
En la ventana de alta resolución del C se observa un corrimiento de los picos
hacia mayor energía de amarre para el caso de las muestras molidas.
27
Elaboración y Caracterización del Multiferroico de YCrO3
Rosa E. Lozano1, Victoria Ramos2, Duilio Valdespino2, Alejandro C. Durán3, Jesús M.
Siqueiros3, Ma. de la Paz Cruz3
1
Universidad de Guadalajara, Centro Universitario Ocotlán.
2
Facultad de Ciencias. Universidad Autónoma de Baja California.
3
Centro de Nanociencias y Nanotecnología (CNyN)-UNAM. Km. 107, carrtera TijuanaEnsenada, Ensenada, B.C., México, C. P. 22800
Los materiales multiferroicos, aquéllos que presentan dos de las siguientes tres propiedades:
ferroelectricidad, ferroelasticidad y ferromagnetismo, han despertado un gran interés
científico y tecnológico en los últimos años ya que proporcionan grados de libertad
adicionales, valiosos en el diseño de nuevos dispositivos tecnológicos. Para algunas
aplicaciones, donde se desea que la respuesta magnética cambie como consecuencia del uso
de un campo eléctrico externo, o viceversa, biferroicos (multiferroicos con dos de las
características mencionadas) ferroeléctricos y ferromagnéticos son especialmente atractivos.
Ejemplos de estos son el BiFeO3, las manganitas y las cromitas.
De las cromitas hay muy poco reportado, en particular se conoce que el YCrO3 es
ferroeléctrico, aunque débil, a temperatura ambiente y ferromagnético alrededor de los ~100
K, pero también se sabe que el material presenta altas pérdidas dieléctricas además de que el
proceso de obtención, en particular la temperatura de sinterización, no se ha optimizado
[1,2]. Es por ello que en este trabajo se elaboraron cerámicas de YCrO3 a diferentes
temperaturas, utilizando el método de reacción de estado sólido, y se encontró que el
compuesto, libre de fases cristalinas indeseadas, se forma a 1300°C. La cerámica elaborada
presenta algunos poros, según se aprecia en las imágenes de SEM, por lo que tiene una
densidad del ~75% de la densidad teórica. En las curvas de permitividad Vs. temperatura, por
otro lado, se observan dos picos en vez de uno, cuando las medidas se hacen aumentando la
temperatura. Dichos picos desaparecen al disminuir la temperatura, indicativo de una
fracturada interna de la cerámica, que permitió la difusión de la pintura de plata usada como
electrodo. Como consecuencia de lo anterior, se obtuvo un comportamiento conductor, el
cual se refleja en la forma redondeada del lazo de histéresis. Cabe mencionar que los picos
observados en la gráfica de permitividad, antes de la difusión de la pintura de plata, podrían
asociarse a un comportamiento ferroeléctrico, para corroborarlo sólo basta repetir las
mediciones después de empastillar y sinterizar la muestra de nuevo.
Trabajo financiado parcialmente por PAPIME-UNAM, Proyecto PE104005; PAPIITUNAM, proyectos IN107708-3 e IN102908; y CoNaCyT, proyecto I-52563. Se agradece el
apoyo técnico de Martha E. Aparicio, Pedro Casillas e Israel Gradilla.
[1] C. R. Serrao, A. K. Kundu, S. B. Krupanidhi, U. V. Waghmare, C. N. R. Rao, Phys. Rev. B, 72, 220101R,
2005.
[2] K. Ramesha, A Llobet, Th Proffen, C. R. Serrao, C. N. R. Rao, J. Phys.:Condens. Matter, 19, 102202 (8pp)
2007.
28
Elaboración y Caracterización del
Multiferroico de YCrO3
Rosa E. Lozano*1, Victoria Ramos*2, Duilio Valdespino2, Alejandro C. Durá
Durán3, Jesú
Jesús M.
Siqueiros3, Ma. de la Paz Cruz3
1Universidad
de Guadalajara, Centro Universitario Ocotlá
Ocotlán.
de Ciencias. Universidad Autó
Autónoma de Baja California.
de Nanociencias y Nanotecnologí
Nanotecnología. Universidad Nacional Autó
Autónoma de Mé
México.
*Estudiantes del programa Jó
Jóvenes a la Investigació
Investigación-2008, CNyNCNyN-UNAM
2Facultad
3Centro
Resumen: Se elaboraron cerámicas de YCrO3 por el método de reacción de estado sólido. Se encontró que la temperatura de sinterización óptima
para este compuesto es de 1300°C, ya que con ello se eliminan las fases cristalinas secundarias. Las muestras son porosas, lo que se refleja en una
densidad del ~75% de la densidad teórica. Un comportamiento típico de una cerámica ferroeléctrica con fracturas puede observarse en las curvas de
permitividad Vs. temperatura, por lo que sólo basta repetir estas mediciones en una nueva muestra, y así corroborar el comportamiento ferroeléctrico.
Introducción
Los materiales multiferroicos se caracterizan por tener al menos dos de las siguientes
propiedades: ferroelectricidad, ferromagnetismo y ferroelasticidad. En particular, para
algunas aplicaciones, sería deseable que el material presentara las dos primeras de estas
propiedades, como lo hacen algunas cromitas, objeto del estudio de este trabajo.
Los materiales ferroeléctricos poseen una polarización que se invierte mediante la
aplicación de un campo eléctrico externo (figura 1). Ellos se caracterizan por presentar
una curva de polarización Vs. campo eléctrico llamada lazo de histéresis (figura 2). De
manera similar, los materiales ferromagnéticos describen un lazo de histéresis pero en
una curva magnetización como función del campo magnético.
Figura 1: Desplazamiento iónico en un
material ferroeléctrico tipo perovskita.
Método experimental
O
1300 C
O
1200 C
O
1100 C
Intensidad [u.a]
Carta cristalográfica
Intensidad [u.a]
¾Las cerámicas de YCrO3 se elaboraron mediante el
Método de Reacción de estado Sólido que consiste de los
siguientes pasos:
Figura 2: Lazo de histéresis
de un material ferroeléctrico
Las fases cristalinas diferentes a
la del YCrO3 desaparecen a una
temperatura de 1300°C
O
900 C
Y2O3
2θ
1
Molido de la mezcla
2
2θ
Las micrografías de SEM muestran poros en la
cerámica, lo que repercute en una densidad del
~75% de la densidad teórica
5
Figura 6: Micrografías de SEM
3
10000
6
8000
6000
4000
2000
0
Calcinado o
sinterizado
3
2
Permitividad, ε
Pesado de
reactivos
Figura 5: Espectros de XRD
Polarización [μC/cm ]
Cr2O3
2
1
0
-1
-2
-3
0
Empastillado
Figura 3: Método utilizado para la elaboración de la cromita
¾Una vez elaboradas las cerámicas se caracterizaron por
EDS, XRD, SEM y dieléctricamente.
50
100 150 200 250 300 350 400
O
-1.0
Temperatura [ C]
Al medir la permitividad variando la
temperatura,
se
observó
un
comportamiento que podría asociarse a
una transición ferroeléctrica.
-0.5
0.0
0.5
1.0
E [KV/cm]
Figura 7: Gráfica de Permitivadad Vs. temperatura
Figura 7: Lazo de Histéresis
La curva de histéresis redondeada
es un indicativo de una muestra
conductora
Conclusiones
Resultados y discusión
•
Por medio de la técnica
de EDS se verificó la
ausencia de impurezas
en la muestra.
Figura 4: Espectro de EDS
La fase cristalina pura del YCrO3 se obtiene a una temperatura de
sinterización de 1300°C.
• El material parece tener un comportamiento ferroeléctrico, para
corroborarlo es necesario repetir las mediciones de permitividad Vs.
temperatura y del lazo de histéresis.
• Medidas de las propiedades ferromagnéticas están proyectadas para el
trabajo futuro.
Agradecimientos
Referencias
Trabajo financiado parciamente por PAPIME-UNAM, Proy. PE104005; PAPIITUNAM, Proy. IN107708-3 e IN102908; y CONACYT, Proy. I-52563. Se agradece el
apoyo técnico de M. E. Aparicio, P. Casillas e I. Gradilla.
[1] C. R. Serrao, A. K. Kundu, S. B. Krupanidhi, U. V. Waghmare,
R. Rao, Phys. Rev. B, 72, 22101 (R), 2005.
29
Estudio de catalizadores de Pd soportados en óxidos de Ce, Zr y La
O. Martín-Martín1, H. Tiznado2, S. Fuentes2, E. Flores-Aquino2
1. Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías, CUCEI. Universidad de
Guadalajara. Guadalajara, Jal.
2. Centro de Nanociencias y Nanotecnología, UNAM. Km 107 Carretera TijuanaEnsenada. C.P. 22860, Ensenada, B.C.
Actualmente existe un grave problema de contaminación a nivel mundial debido en gran
medida a los desechos que los vehículos provocan, por lo que cualquier contribución a
reducir esas emisiones es bienvenida, en base a esto se ha necesitado el diseño de
catalizadores más eficientes para que los gases de salida de los automotores sean lo más
limpios posible y la contaminación sea mínima a un bajo costo.
El paladio, junto con el platino y el rodio, son los principales componentes de los
catalizadores que reducen en los vehículos las emisiones de gases como hidrocarburos,
monóxido de carbono u oxido de nitrógeno. Los catalizadores convierten la mayor parte de
estas emisiones en dióxido de carbono, nitrógeno y vapor de agua, que resultan menos
dañinos. El sector de catalizadores es el de mayor y más creciente demanda de paladio,
representando en 2006 el 49% de la demanda total de Pd[1].
Se ha demostrado que el Pd puede ser un buen sustituto, pero aún no se entiende
completamente la influencia del soporte sobre las propiedades del Pd, lo cual es tema que se
toca en este trabajo.
En este estudio se partió desde la preparación de los óxidos con los precursores en forma de
nitratos, estos nitratos se hicieron reaccionar con NH4OH generando el hidróxido del metal
en cuestión y, obviamente, el nitrato de amonio. Una vez formados los hidróxidos
precipitados se pasaban por un filtro para lavarlos y de ahí se colocaban en una solución de
HNO3, esto con la finalidad de reducir el tamaño de partícula y así obtener un área
superficial mayor. De nueva cuenta se lava, se filtra y ahora se seca en el horno a 60 °C
durante toda la noche para poder hacer la oxidación con oxígeno en la mufla a 600 °C, con
una rampa de aumento de 1 °C/min y 2 horas de duración en la mufla a los 600 °C. Al
finalizar esto se deben obtener los óxidos del metal correspondiente que luego fue ratificado
con los estudios. Para la impregnación de Pd se colocó la muestra en una solución acidificada
con ácido clorhídrico y se añadió el PdCl2 para llevar a cabo la impregnación, se mantiene en
agitación constante durante una hora y se seca para poder calcinar de la misma manera
explicada anteriormente a 600 °C.
Hasta aquí sólo se tiene la síntesis, falta la caracterización que se realizó haciendo 5 pruebas
diferentes que fueron: Rayos X, SEM/EDS, UV-Vis, BET y TPR con lo que se pudieron
concluir aspectos muy importantes de los óxidos formados y la interacción del Pd en ellos.
Agradecimientos: Al Dr. Trino Zepeda, a la Dr. Amelia Oliva y a todo el personal del CNYN, principalmente
al Ing. Juan Peralta y Margot Sainz por su apoyo en el Centro de Computo, a E. Aparicio, I. Gradrilla y Eloisa
por la ayuda en la caracterización de mis materiales. Trabajo, apoyado por DGAPA-UNAM, Proyecto No.
PE104005 y CONACYT ,Proyecto No CO-1.
[1] cmapspublic.ihmc.us
Jóvenes a la investigación 2008
30
O. Martín-Martín1, H. Tiznado2, S. Fuentes2, E. Flores-Aquino2
1.Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías, CUCEI. Universidad de Guadalajara. Guadalajara, Jal.
2.Centro de Nanociencias y Nanotecnología, UNAM. Km 107 Carretera Tijuana-Ensenada. C.P. 22860, Ensenada,
B.C.
Se prepararon 3 soportes por el método de coprecipitación: óxido de Ce, La y Zr, impregnados al 0.3% con Pd, comparándose
la estabilidad y morfología a partir de pruebas de Rayos X, SEM / EDS, BET, UV-Vis y TPR
Obtención de catalizadores de Pd soportados en óxidos de Ce,
La y Zr usando el método de sol gel-coprecipitación.
NITRATOS DE
CE, LA Y ZR
La creciente contaminación provocada por las
emisiones de los automotores ha requerido el
diseño de catalizadores más eficientes para la
conversión de HC, CO y NOx a CO2, N2, y H2O, que
resultan menos dañinos para el ambiente.
Hasta años recientes, el Pt y el Rh han sido los
componentes principales de los catalizadores, sin
embargo los costos de estos metales y las
condiciones de operación se han incrementado
notablemente por lo que se han buscado otras
alternativas.
PRECIPITACIÓN
CON NH4OH
FILTRADO Y
LAVADO
DISMINUCIÓN DEL
TAMAÑO DE PARTÍCULA
CON HNO3
SECADO
CALCINACIÓN A 600
°C POR 2 HORAS
IMPREGNACIÓN DE
PALADIO
Se ha demostrado que el Pd puede ser un buen
sustituto, pero aún no se entiende completamente
la influencia del soporte sobre las propiedades del
Pd, lo cual es tema que se toca en este trabajo.
CARACTERIZACIÓN
a)
12
a)
a)
700
PdO + Ceria
600
b)
c)
b)
b)
d)
500
400
8
300
2
6
PdO
Pd/Ce x 1/2, 28 m /gr
2
Pd/La, 26 m /gr
2
0
-100
2
0
Fig. 1.- EDS/SEM de
soportes y sus
catalizadores de Pd
100
PdO
4
Pd/Zr, 29 m /gr
e)
200
T e m p e r a tu r a , C
C o n s u m o d e H 2 , u .a .
10
2000
4000
6000
Tiempo, segundos
Fig. 2.- Difracción de RX de
soportes y sus catalizadores de
Pd
Fig. 3.- Espectros de
absorbancia de UV-Vis de
soportes y sus catalizadores de
Pd
¾El BET nos indica que la impregnación con Pd reduce el área superficial significativamente.
¾La difracción por Rayos X nos dice que la estructura formada por los óxidos es cúbica para la ceria y
tetraédrica para la circonia, así como para las las muestras impregnadas con Pd
¾A partir del estudio de SEM en conjunto con el EDS se pudo apreciar que los resultados fueron los
esperados, es decir, obtuvimos los óxidos deseados aunque aún no se puede notar la existencia de Pd.
¾El UV-Vis nos da más confanza para decir que los óxidos fueron formados correctamete debido a que
dan la forma característica de los óxidos, así como para los catalizadores de Pd.
¾El TPR es el que finalmente nos muestra la presencia de Pd en los óxidos, dando picos característicos
a temperaturas de 200 oC que no están muy distantes con respecto a las demás muestras y nos revela
bastante información acerca de la manera en que está disribuido el Pd; primero nos indica que son
partículas muy dispersas debido a que la temperatura de reducción del Pd fue muy elevada, además de
que el segundo pico de la ceria con Pd nos hace pensar en un fenómeno bastante peculiar, la reducción
del Pd hace a la superficie del CeO2 más activa y por lo tanto más propensa a reducirse, por ello se ve
un pico tan pronunciado.
Fig. 4.- TPR-H2 de soportes con
catalizador de Pd
A todo el personal del CNYN, principalmente
a Juan Peralta, Jorge Palomares y Margot
Sainz por su apoyo en el Centro de Computo.
A E. Aparicio e I. Gradrilla por la ayuda en la
caracterización en rayos X y SEM
respectivamente. Trabajo, apoyado por el
proyecto PAPIME No. PE104005, y
CONACYT con el número 60702.
1.- cmapspublic.ihmc.us
2.- www.unctad.org/infocomm/espagnol/
paladio/descripc.htm
31
Nanopartículas de Au soportados en los Oxidos de Alumina, Magnesio y Espinela
activos para la Oxidación del Glicerol
Meza Godínez Jazmín Margarita1, Pineda Martínez Elmer2, Inga V. Tuzovskaya3, Nina
Bogdanchikova.
1
Universidad de Guadalajara, Ocotlán, Jal., México
2
Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo Morelia, Mich., México
3
Centro de Nanociencias y Nanotecnología UNAM-CP2681, Ensenada B.C., México
Un catalizador es una sustancia que acelera una determinada reacción química sin ser
consumido durante la misma. El oro es un metal noble que posee propiedades catalíticas
cuando se consigue estabilizar en forma de nanopartículas. Normalmente, las reacciones con
catalizadores necesitan calor o presión para activarse, lo cual aumenta el costo, pero no es el
caso de catalizadores con oro. Debido a que las nanopartículas de oro son muy buenas
dispersando y absorbiendo la luz.
“Se ha descubierto que los catalizadores basados en nanopartículas de oro solucionan
importantes problemas en la trascendencia industrial y cosmética”. [1]
Los objetivos planteados para el desarrollo de nuestro estudio es analizar en que soportes y
en que complejos son mas activas las nanopartículas de Au y asi poder observar a que
tamaño las nanopartículas son mas reactivas.
Durante la estancia realizada en el Centro de Nanociencias y Nanotecnología mi compañero
Elmer Pineda Martínez y yo realizamos diferentes estudios basados en dos soportes
diferentes cada uno con dos métodos de preparación distinta, usamos pruebas de BET, UVVisible y TEM. En las pruebas de BET obtuvimos que el área superficial de nuestras
muestras no cambiaba relativamente respecto de cada soporte utilizado esto nos llevo a la
conclusión de que no implica la deposición de Au en nuestro estudio, en el siguiente método
que fue el TEM obtuvimos el tamaño de las nanopartículas de Au y también podemos
determinar la actividad catalítica y asi podemos concluir con este estudio que mientras mas
pequeñas sean las nanopartículas mas actividad catalítica tienen (2-3 nm) y mientras mas
grandes (4nm) su actividad catalítica era mucho menor y las últimas pruebas de UV-Visible
pudimos observar los tamaños de las nanopartículas, los cúmulos de Au y los cationes de
cada muestra.
[1] A. F. Trasarti, A. J. Marchi y C. R. Apesteguía,
Journal of Catalysis, 224, 2004, pp. 484-488.
Agradecimientos:
Los autores dan las gracias al Dr. Miguel Avalos, Dr. A. Rafael Vichis Nestor y a la Dr.
Amelia Olivas por la oportunidad brindada.
PROYECTO PAPIME No. PE104005
32
(Título:) Cartel de demostración para reportar el trabajo efectuado en el evento
Nanopartículas de
Au soportados
en los oxidos de alumina,
Jóvenes
a la Investigación
magnesio y espinela
activos para la oxidación del glicerol.
Nombre del o de los participantes
2 , Inga V. Tuzovskaya3, Nina E. Bogdanchikova3
Institución
procedencia
Meza Godínez Jazmín Margarita1, Pineda
Martínezde
Elmer
Laura Prati4
1
deresultado
Guadalajara,
Ocotlán,
México
(Resumen:) Se presenta el formato para hacer el cartel en Universidad
el que se reporta el
del trabajo realizado
en elJal.
evento
Jóvenes a la Investigación 2008. El evento se realizó en las
2 la
instalaciones del Centro de Ciencias de
Materia Condensada
de la UNAM, en
BC, México,
16 de junioMorelia,
al 4 de julioMich.
del 2008,
con la asistencia de jóvenes de diferentes
Universidad
Michoacana
deEnsenada,
San Nicolás
de del
Hidalgo,
México
lugares de la República Mexicana. Se sugiere el contenido del cartel. Dicho contenido puede ser cualquier combinación de texto, figuras, tablas, imágenes y puede ser distribuido como se
3 Centro de Nanociencias y Nanotecnología UNAM-CP2681, Ensenada B.C., México
desee sin salir del cuadro que se marca.
El cuadro es únicamente una guía y se eliminará en la impresión final del cartel. Se recomienda no saturar de color el fondo del cartel.
4Università degli Studi di MilanoDipartimento di Chimica Inorganica, Metallorganica e Analitica
Los objetivos planteados para el desarrollo de nuestro estudio es analizar en que soportes y en que complejos son mas activas las nanopartículas de Au y
asi poder observar a que tamaño las nanopartículas son mas reactivas.
Introducción, presentación o
antecedentes
INTRODUCCIÓN
PREPARACIÓN DE CATALIZADOR
Un catalizador es una sustancia que acelera una determinada
reacción química sin ser consumido durante la misma. El oro es un
metal noble que posee propiedades catalíticas cuando se consigue
estabilizar en forma de nanopartículas. Normalmente, las reacciones
con catalizadores necesitan calor o presión para activarse, lo cual
aumenta el costo, pero no es el caso de catalizadores con oro. Debido
a que las nanopartículas de oro son muy buenas dispersando y
absorbiendo la luz.
Pruebas en BET
METODO
THPC
METODO
DPU
HAuCl4
RESULTADOS
urea
soporte
HAuCl4
Compuesto
THPC/NaOH
% Au
A Supf.
Sq. m/g
Conclusiones
Al2O3
179
Au/Al2O3 DPU
0.9%
173
Au/Al2O3
THPC
1%
178
Au/MgO DPU
1.08%
76
Au/MgO THPC
1%
MgO
“Se ha descubierto que los catalizadores basados en nanopartículas
de oro solucionan importantes problemas en la trascendencia
industrial y cosmética”.
Soporte Au (OH)3
Proteccion Au sol
67
MgAl2O4
OXIDACION DEL GLICEROL
Desarrollo o
descripción
del trabajo
realizado Pruebas en TEM
GLICEROL
COSMETICOS
Tipo arial
Calcinación (450 °C)
ACIDO GLICERICO
Inmobilización en el Soporte
THPC: Tetra(hydroxymethyl)phosphonium chloride
SINTESIS FINA EN LA
INDUSTRIA QUIMICA
tamaño:
Urea: sustancia nitregenada
NO HAY NANOPARTICULAS PEQUEÑAS POR
ESO TIENEN MENOR ACTIVIDAD CATALITICA
20
10
0
0.9% Au/Al2O3 DPU
Actividad Catalitica: 1000
50
40
30
20
10
0
2
4
6
8
10
12
14
Particulas, nm
16
18
20
70
1% Au/M gO TH PC
60
Actividad C atalitica: 117
50
40
30
20
0
10
2
4
70
6
8
10
12
PARTICULAS, nm
14
16
18
20
1%Au/Al2O3THPC
40
30
20
10
0
0
0
0
2
4
6
8
10
12
Particulas, nm
14
16
18
85
2
4
20
Tamaño de Nanopartículas de Au
Soporte MgO
1.6% Au/MgAl2O4 D PU
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
6
8
10
12
14
16
18
20
PARTICULAS, nm
2
4
6
84
3%
82
En las pruebas de BET el area
superficial no cambia con la
deposición de Au en MgAl2O4,
Al2O3
800
600
400
200
0
8
10
12
72
14
16
18
20
PARTICULAS, nm
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
3%Au/MgAl2O4 THPC
0
2
4
6
8
10
12
PARTICULAS, nm
Soporte Al2O3
1.06%
DPU
0
60
50
CANTIDAD
0
Cantidad
60
CANTIDAD
CANTIDAD
40
30
CANTIDAD
Cantidad
50
Au/MgAl2O4
DPU
Au/MgAl2O4
THPC
Cuando hayan finalizado el cartel, lo pueden
mandar imprimir en hoja tamaño carta
marcando el cuadro
correspondiente en la
ACTIVIDAD CATALITICA
ventana 1600
del mensaje de la impresora. Ver la
1400
1200
imagen superior.
1000
TIENE GRAN CANTIDAD DE NANOPARTICULAS
PEQUEÑAS POR ESO MAYOR ACTIVIDAD
CATALITICA
70
1.08% Au/M gO D PU Actividad C atalitica: 138
70
60
34
57
60
14
16
18
Actividad Catalítica con métodos y
soportes diferentes
20
Soporte MgAl2O4
48
40
32
28
Todas las muestras tenian
nanopartículas de 1-3 nm
que son más activas y se
proponen para catálisis
excepto
la
muestra
Au/MgO DPU, no se
encontrarón nanopartículas
de 1-2nm por eso tienen
mucho menor actividad
catalítica.
20
Presentación
y discusión
del resultado
DPU
50nm
16
THPC
20nm
DPU
20nm
THPC
20 nm
DPU
20nm
Pruebas en UV-Visible
0.6
1% Au/MgO THPC
NANOPARTICULAS
GRANDES
0.4
1.08% Au/MgO D PU
1% Au/Al2O3
Absorbancia, a.u.
0.8
Absorbancia, a.u.
CONCLUSIONES
0.9% Au/Al2O3 THPC
0.2
Al2O3
MgO
0.0
200
200
300
400
500
600
700
800
300
400
500
600
700
800
Longitud de onda, nm
Longitud de onda, nm
Nanopartículas de Au soportadas
en Al2O3
Nanopartículas de Au soportados
en MgO
M g A l2 O 4
1 .6 % A u _ M gA l2 O 4 D P U
3 % A u _ M gA l2O 4 T H P C
1 .0
3 % A u /M g A l2 O 4 T H P C
Absorbancia, a.u.
0 .8
0 .6
1 .6 % A u /M g A l2 O 4 D P U
450_600 Nanopartículas de Au
250_400 Cúmulos de Au (menores
1nm)
190_250 Cationes
0 .4
M g A l2 O 4
0 .2
0 .0
200
300
400
500
600
700
8 00
L o n g itu d d e o nd a , n m
Centro de Nanociencias y Nanotecnologia UNAM
http://www.sciencedirec.com
http://www.diarioc.com.ar/tecnologia/id
http://www.quimicaviva.qb.fcen.uban.ar
Puedo
concluir
que
los
resultados me ayudan a identificar
que el oro tiene mayor actividad
catalítica donde existen mayor
número de nanopartículas entre
1nm y 3nm, como para la muestra
que fue sintetizada utilizando el
metodo DPU con soporte MgAl2O4
G.C. Bond, C. Louis and D.T.
Thompson, Catalysis by Gold,
Imperial College Press, London
Agradecimientos
(2006).
A. F. Trasarti, A. J. Marchi y
C. R. Apesteguía,
Journal of Catalysis, 224,
2004, pp. 484-488.
Bibliografía, referencias o literatura citada
Tiene menor actividad catalítica
donde existen particulas mayores
de 4nm, como son la muestra
Au/MgO DPU y Au/Al2O3 THPC
Nota: Aquí debería ir la referencia para cada una de las imágenes
de este cartel.
AGRADECIMIENTOS
El area superficial no influye
en la actividad catalítica de nuestras
muestras.
NANOPARTICULAS DE
MENOR TAMAÑO QUE EN
MgO Y Al203
Nanopartículas de Au soportados
en MgAl2O4
REFERENCIAS
Al2O3
0.9% Au_Al2O3 DP urea
AuAl2O3 THPC
1% Au_MgO TH PC
1.08% AuMgO DPU
MgO
1.0
Microscopía Electrónica de
Transmición
THPC
20nm
12
LOS AUTORES BRINDAMOS LAS GRACIAS
AL DR. MIGUEL AVALOS , DR. HUGO
TIZNADO, DR. A. RAFAEL VICHIS NESTOR
Y A LA DR. AMELIA OLIVAS POR LA
OPORTUNIDAD BRINDADA.
PROYECTO PAPIME No. PE104005
Espectrofotómetro. CARY-300
33
Dependencia de la relación molar en las propiedades del Cobre en la Zeolita ZSM5
J. Olazaba, V. Petranovskii, H. Tiznado
1
Universidad de Guadalajara , Av. M García Barragan Gdl. Jal. México, Facultad de
Ciencias Quimica.
2
Centro de Nanociencia y Nanotecnologia, Km 107 Carretera Tijuana-Ensenada
La catálisis tiene un amplio campo de aplicación, una de las más importantes es el cuidado
del ambiente. Por ejemplo a través de catalizadores es posible el tratamiento de emisiones de
gases contaminantes. El presente trabajo aporta información nueva a la búsqueda de
convertidores catalíticos hechos de metales económicos como el cobre, que se mantengan
estables y activos en periodos de tiempo considerablemente prácticos.
Se realizo la síntesis de un catalizador basado en la zeolita ZSM5 y Cobre, tomando tres
diferentes relaciones molares de la zeolita y se estudiaron sus propiedades. La metodología
de síntesis fue el intercambio ionico del amonio en el material comercial por cobre de una
solución 0.1 N Cu+2. Las técnicas con las que fueron analizadas estas propiedades son UVVIS, EDS, TPR y Experimentos de Actividad Catalítica.
Los experimentos de reducción a diferentes temperaturas mostraron que los picos de Cu+2 a
longitudes de onda de 800nm desaparecen para las muestras tratadas, al mismo tiempo
aparecen nuevos picos. Hay ciertas diferencias en las conductas observadas para diferentes
relaciones molares. Los análisis de TPR muestran una amplia variedad de tipos de cobre que
confirman una influencia de la relación silica-alumina de la zeolita en las propiedades del
metal.
Tomando un punto de actividad catalítica encontrando bajas temperaturas de conversión
comparadas con el trabajo realizado en paralelo sobre la zeolita beta, por Martin Uribe. Con
esto podemos concluir que el cobre es mejor catalizador en la conformación ZSM5 que en la
Beta.
Se espera que con trabajos de búsqueda como este, se encuentren las relaciones óptimas para
la actividad y estabilidad de los catalizadores que se desean producir.
Es necesario continuar con futuras investigaciones en esta línea y también es indispensable
explicar el por qué y cómo estos mecanismos funcionan. Se espera en un futuro apoyar los
resultados experimentales con fundamentos teóricos que hasta el momento han sido poco
explicados
Agradecemos al Dr. Trino Zepeda por las mediciones de actividad catalítica. Israel Gradilla
por las mediciones de EDS. A Eric Flores por facilitar los equipos en el laboratorio. Inga
Tuzovskaya por sus recomendaciones. Y al PROYECTO PAPIME No. PE104005 por su
apoyo financiero.
34
Influencia de la relació
relación molar de la Zeolita ZSM5 en las propiedades del Cobre
1J.
1Universidad
Olazaba,
Olazaba, 2H. Tiznado, 2V. Petranovskii
de Guadalajara , Av. M García Barragan Gdl. Jal. México, Facultad de Ciencias Quimica.
de Nanociencia y Nanotecnologia , Km 107 Carretera Tijuana-Ensenada
2Centro
La catálisis tiene un amplio campo de aplicación, una de las más importantes es el cuidado del
ambiente. Por ejemplo a través de catalizadores es posible el tratamiento de emisiones de gases
contaminantes. El presente trabajo aporta información nueva a la búsqueda de convertidores
catálicos hechos de metales económicos como el cobre, que se mantengan estables y activos en
periodos de tiempo considerablemente prácticos.
Se espera que con trabajos de búsqueda como este, se encuentren las relaciones optimas para la
estabilidad de los catalizadores que se desean producir.
Es necesario continuar con futuras investigaciones en esta línea y también es indispensable
explicar por que y como estos mecanismos funcionan. Se espera en un futuro apoyar los
resultados experimentales con fundamentos teóricos que hasta el momento han sido poco
explicados
ZSM5
(NH4)n[AlnSi96-nO192](H2O)16
METODOLOGIA
(NH4)7.68 [Al7.68Si88.32O192](H2O)16
EDS
(NH4)3.69
[Al3.69Si92.31O192](H2O)16
EDS
(NH4)2.34
[Al2.34Si93.66O192](H2O)16
EDS
SELECCIÓ
SELECCIÓN DE TECNICAS DE ESTUDIO
Z23TPR1
Z23TPR2
ZSM 23
8
SEÑAL
7
EXPERIMENTO DE ACTIVIDAD
CATALITICA PARA ZSM5 - 23
6
5
4
3
CuZSM523
1.0
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.8
Conversión de CO
TIEMPO,(s)
SEÑAL
ZSM5-50
6.8
6.6
6.4
6.2
6.0
5.8
5.6
5.4
5.2
5.0
4.8
4.6
4.4
4.2
4.0
3.8
3.6
3.4
3.2
3.0
z50TPR2
z50TPR1
0.6
0.4
0.2
0.0
0
50
100
150
200
250
300
350
T (°C)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
TIEMPO,(s)
CICLOS DE ESTABILIDAD/ACTIVIDAD
CON EL TIEMPO
ZSM5-80
5.0
4.8
UV
4.6
z80TPR1
Z80TPR2
4.4
SEÑAL
4.2
4.0
CATALIZADOR
3.8
3.6
3.4
3.2
3.0
ACTIVIDAD
CATALITICA
2.8
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
TIEMPO, (s)
CONCLUSIONES:
Los experimentos de reducción a diferentes temperaturas mostraron que los picos de Cu+2 a longitudes de onda de 800nm desaparecen para las muestras tratadas, al mismo
tiempo aparecen nuevos picos. Hay ciertas diferencias en las conductas observadas para diferentes relaciones molares. Los análisis de TPR muestran una amplia variedad de
tipos de cobre que confirman una influencia de la relación silica-alumina de la zeolita en las propiedades del metal.
Tomando un punto de actividad catalítica encontrando bajas temperaturas de conversión comparadas con el trabajo realizado en paralelo sobre la zeolita beta, por Martin Uribe.
Con esto podemos concluir que el cobre es mejor catalizador en la conformación ZSM5 que en la Beta.
AGRADECIMIENTOS:
AL PROYECTO PAPIME No. PE104005 por su
financiamiento
A Israel Gradilla, Eric Flores y Jesú
Jesús Herias,
Herias, por sus
gratas colaboraciones.
A mis compañ
compañeros Brenda Acosta, Martin Uribe y Oscar
Martin,
Martin, por su apoyo y amisrtad.
amisrtad. Y a todo el personal del
centro por la hacer una estancia tan agradable.
agradable.
Se espera que con trabajos de búsqueda como este, se encuentren las relaciones óptimas para la actividad y estabilidad de los catalizadores que se desean producir.
35
LA INFLUENCIA DE LOS TRATAMIENTOS TERMICOS DE OXIDACION Y
REDUCCION EN UN SISTEME DE Au SOPORTADO SOBRE SiO2
Pineda Martínez Elmer1, Meza Godinez Jasmin2, Inga V. Tuzovskaya3, Nina E.
Bodganchikova3
Universidad Michoacana De San Nicolás De Hidalgo, Morelia, Michoacán, México
Universidad De Guadalajara, Ocotlán, Jalisco, México
Centro de Nano ciencias y Nanotecnología UNAM-CP2681, Ensenada, Baja California,
México
La catálisis es un proceso en el cual una sustancia acelera una reacción química sin que esta
forme parte del producto.
Las partículas a escala manométrica (10-9 m) tienen un comportamiento inusual debido a que
cambian sus propiedades físicas y químicas, razón por la cual se hacen interesantes estudios
con nanopartículas metálicas, en este caso nanopartículas de Au.
La reacción catalítica de las nanopartículas de Au tiene una amplia gama de aplicaciones,
desde catalizadores en automóviles en la oxidación de CO convirtiéndolo en CO2, hasta en el
área medica para detección y cura contra ciertos tipos de cáncer, así como también en
posibles curas de enfermedades crónico degenerativas es por ello la importancia de estudiar
la actividad catalítica de estas nanopartículas.
En este trabajo analizamos la influencia de los tratamientos de H2, O2 y el estado eléctrico del
oro soportado.
Finalizamos por comprobar que las partículas de Au si reaccionan a escala nanométrica y las
mas reactivas son las que tienen una dimensión de 1nm a 3nm sin ser esta la única
característica que les favorece, ya que comprobamos que el factor de T0 también convierte a
el Au en un catalizador activo, encontramos que a una T0 de 5000C el Au reacciona
fácilmente, a otras temperaturas no se ve tan activo aunque a 3000C tiene una ligera
activación y a 2500C su activación es nula, otro de los factores que lo favorece es el soporte
con que este esta reaccionando, se utilizaron 2 soportes uno con SiO2 y otro con MgO, de los
cuales el mejor para hacer reaccionar a el Au es el SIO2, sin pasar por improvisito que cada
uno de estos factores depende de el otro.
REFERENCIAS:
•
•
•
•
http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6WHJ-45BCCPSDB&_user=945819&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C000048981&_version=1&_urlVersion=0&_us
erid=945819&md5=7a0600ec146a5d4f8f49516d03517022
http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6TFG-44PVKBB3&_user=945819&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C000048981&_version=1&_urlVersion=0&_useri
d=945819&md5=6e3fb05dfdc7286007eb7b98f142e9d8
http://www.sciru.com/
http://www.sciencedireet.com
36
LA INFLUENCIA DE LOS TRATAMIENTOS TERMICOS DE OXIDACIÓN Y
REDUCCIÓN EN UN SISTEME DE Au SOPORTADO SOBRE SiO2
Pineda Martínez Elmer1, Meza Godinez Jasmin2, Inga V. Tuzovskaya3, Nina E. Bodganchikova3 Trino Zepeda4
Universidad Michoacana De San Nicolás De Hidalgo, Morelia, Michoacán, México
Universidad De Guadalajara, Ocotlan, Jalisco, México
Centro de Nano ciencias y Nanotecnología UNAM-CP2681, Ensenada, Baja California, México
METODOLOGIA
INTRODUCCION:
HAuCl4
La catálisis es un proceso en el cual una sustancia
acelera una reacción química sin que esta forme
parte de el producto.
Las partículas a escala nanométrica (10-9 m)
tienen un comportamiento inusual debido a que
cambian sus propiedades físicas y químicas,
razón por la cual se hacen interesantes estudios
con nanopartículas metálicas, en este caso
nanopartículas de Au. La reacción catalítica de las
nanopartículas de Au tiene una amplia gama de
aplicaciones, desde catalizadores en automóviles
en la oxidación de CO, hasta en el área medica
para detección y cura contra ciertos tipos de
cáncer, es por ello la importancia de estudiar la
actividad catalítica de estas nanopartículas.
En este trabajo analizamos la influencia de los
tratamientos de H2, O2 y el estado eléctrico de el
oro soportado
HAuCl4
NH2-CH=CH-NH2
Au(NH2-CH=CH-NH2)Cl3
NH2-CH=CH-NH2
Au(NH2-CH=CH-NH2)Cl3
NaOH
NaOH
Hasta pH 10
Hasta pH 10
SiO2
MgO
3% Au/SiO2
3% Au/MgO2
T0C 250,300,500
H2 20 min
T0 500 O2 20 min
Au/Sio2 5000C
RESULTADOS
Influencia de los medios de pretratamiento en la
conversión de CO sobre Au/SiO2
o
1 ,0
Au/SiO 2 250 C H e
0,8
Au/MgO 5000C
Muestras de nanopartículas tomadas
con microscopio electrónico
L reacción de Au con He muestra
mejor es resultados que con O2
también tiene variantes
La reacción de Au con He a
2500C es minima
1,0
T0 250,300,500
H2 20 min
T0 500 O2 20 min
o
A u /S iO 2 H e 5 0 0 C
X CO, parts
X CO, parts
0 ,8
0,6
0,4
0,2
0 ,4
0 ,2
0 ,0
0,0
0
100
200
300
T , oC
400
500
0
600
100
200
300
400
500
600
MICROSCOPIO
ELECTRONICO
T, oC
1,0
1,0
o
o
Au/SiO 2 H 2 500 C
Au/SiO 2 O 2 500 C
0,8
X CO, parts
0,8
X CO, parts
Se obtuvieron
diferentes tamaños
de nanopartículas
(desde 4nm hasta
24nm) pero se
encontraron en
mayor cantidad las
de 10nm.
0 ,6
0,6
0,6
0,4
0,4
0,2
0,2
0,0
0,0
0
100
200
300
T , oC
400
500
600
La reacción de Au con O2 no es
ideal ya que el estudio muestra
una activación al retirar el O2
0
100
200
300
T ,oC
400
500
600
La reacción de Au con H2 muestra
un excelente resultado ya que lo
vuelve muy activo
Espectrofotómetro
CARY 300 (UV Visible)
Au/SiO2 reducida a 500 en H2
CARACTERIZACIÓN DE AuSiO2
Graficas de (Au/MgO y Au/SiO2) en UV visible
1.0
AuSiO2
AuSiO2 250 H2
AuSiO2 300 H2
AuSiO2 500 H2
AuSiO2 500 O2
AuSiO2 500 H2 repetition
0.8
Absorbancia
0.6
0.4
0.2
0.0
200
300
400
500
600
700
800
Se demostró que el Au con
soporte de SiO2 favorece a la
formación de nanopartículas
pequeñas, a la temperaturas
de 2500C y 3000C las
nanopartículas son pequeñas
y 5000C son mas grandes
Longitud de onda nm
MgO
AuMgO 250 H2
AuMgO 300 H2
AuMgO 500 H2
AuMgO 500 O2
0.8
Absorvancia
1.0
0.6
0.4
0.2
Se encontró que no influye la deposición del Au en el
área superficial ya que los poros no bloquean el área
de la superficie y la cantidad obtenida fue de 5nm
hacia abajo.
0.0
200
300
400
500
600
700
800
Longitud de onda nm
CONCLUSIONES Finalizamos por comprobar que las partículas de Au
reaccionan a escala nanométrica y las mas reactivas son las que tienen una
dimensión de 1nm a 3nm, comprobamos que el factor de T0 activa a el Au,
encontramos también que a una T0 de 5000C el Au se activa fácilmente y a
2500C su activación es nula, otro de los factores que lo favorece a el Au es el
soporte con que se esta trabajando. se utilizaron 2 soportes uno con SiO2 y
otro con MgO, de los cuales el mejor para soportarlo es el SIO2,
Se encontró que el MgO
estabilizan partículas de
oro de menor tamaño
pero con este método de
preparación se deposito
menor cantidad de oro
que con SiO2
REFERENCIAS
http//www.scirus.com
http//www.sciencedirect.com
http://www.physorg.com/news123765299.html
Agradecimientos: Trabajo, apoyado por PAPIME-UNAM
proyecto No PE104005. Asimismo, quiero agradecer a
Eduardo Pineda M., Eric Flores, Alfredo Rafael Vilchis
Néstor, Hugo Tiznado al CNyN en general. Un
agradecimiento a mis padres por su apoyo incondicional.
37
Estudio de la reducción del MnOX a través de espectroscopias de
electrones fotoemitidos.
Marcela S. Ponce a , Wencel De La Cruz b ,Ma. Isabel Ponce b ,
Vítor Soto c .
a
Instituto Vocacional Enrique Dias De León, Guadalajara Jal. México
b
Centro De Nanociencias Y Nanotecnologia UNAM Ensenada BC. México
c
Universidad de Guadalajara, Guadalajara, Jal. México
Se sabe que una de las caracterizaciones mas importantes en el estudio de materiales es la
composición química, la cual consiste en hacer una identificación de los elementos que
componen la muestra así como obtener la concentración de cada uno de ellos, esta
caracterización puede ser realizada por espectroscopia de electrones fotoemitidos (XPS).
En este trabajo se caracterizaron muestras de MnOx, que fueron sometidas a un tratamiento
de reducción química, mediante un flujo de hidrogeno*, el objetivo de esta es medir los
porcentajes de los elementos presentes en las muestras y para la identificación de elementos
se utilizo la técnica XPS ( PHI-548),
Se observo que las muestras presentaban diferentes estequiometrías de MnO2, y se concluyo
que al tener un tratamiento de reducción con hidrogeno disminuía el manganeso presente y
aumenta la concentración de oxigeno.
*
Muestras realizadas en la Universidad de Guadalajara.
Estoy enteramente agradecida a:
Dr. Wencel De La Cruz por su apoyo técnico y consejos en mi estancia de verano.
CNyN por haberme aceptado en sus estancias
Ma. Isabel Ponce y Tizoc Huerta por haber patrocinado mi curso.
[1] Yi-Fan Han , Fengxi Chen,Ziyi Zhong, Kanaparthi Ramesesh,Luwei Chen and Efendi
Widjaja, J.Phys . B 2006,110,14450-14456
[2] Sangarju Shammugam and Aharon Gedanken, J. Phys. Chem . B 2006,110,14486-14491
[3] Gang H. Lee, Seung H. Hund , Jin W.Jeong, Byeong J.Choi, Seung H. Kim and HyeongC. Ri JACS 2002 124, 12094 -12095.
38
ESTUDIO DE LA REDUCCIÓ
REDUCCIÓN DEL MnOX MEDIANTE LA ESPECTROSCOPIA DE ELECTRONES
FOTOEMITIDOS.
MARCELA PONCEa,, W. DE LA CRUZ b, MA. ISABEL PONCEb , V. SOTOc.
aINSTITUTO
bCENTRO
VOCACIONAL ENRIQUE DÍAZ DE LEÓN ,GUADALAJARA JAL. MÉXICO
DE NANOCIENCIAS Y NANOTECNOLOGIA, UNAM ENSENADA, BC. MÉXICO
DE GUADALAJARA, GUADALAJARA JAL. MÉXICO
cUNIVERSIDAD
RESUMEN: Muestras de MnOx fueron analizadas por espectroscopías de electrones fotoemitidos (XPS) para obtener la concentración atómica. Las muestras analizadas
fueron sometidas a un tratamiento de reducción con H2 en la Universidad de Guadalajara antes de ser caracterizadas por XPS.
Resultados
Introducció
Introducción
Mn-2p
O-1s
1000
800
600
200
0
Figura 4: XPS general de las muestras de MnOx
Mn-2p3/2
655
650
645
640
635
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
Intensidad (U.A.)
Mn-2p1/2
660
C-1s
O-1s
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
Intensidad (U.A.)
Intensidad (U.A.)
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
665
536
534
532
530
528
526
290
Energía de enlace (eV)
288
286
284
282
Figura 5: XPS de alta resolución para los picos O-1s, Mn-2p y C-1s
3000 C, 1 y 3 hrs.
Mn2O3
400
En este trabajo se determinó la composición química de MnOX mediante la
técnica de XPS. Las muestras fueron sometidas a un tratamiento de reducción
química por H2 en la Universidad de Guadalajara.
H2 1cm3/seg.
Mn-2s
1200
C-1s
En ocasiones para producir el óxido de manganeso generalmente se obtiene
una mezcla de óxidos (MnO2, Mn2O3 , Mn3O4). Nanoparticulas de Mn2O3
pueden ser obtenidas a través del método convencional llamado “tratamiento
térmico” aplicado al MnO2 a temperaturas por encima de 550 ºC, o por reducción
con H2 a temperaturas por encima de 250 ºC
24 hrs.
Mn-LLM
intensidad (U.A.)
El MnOx puede ser obtenido con diversas morfologías tales como
nanoarreglos, nanoalambres y cluster.
Experimentació
Experimentación
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
O-KLL
El óxido de manganeso a tomado mucha importancia por su bajo costo y alta
abundancia natural; el MnOx lo podemos ver con gran importancia en catálisis,
electroquímica, materiales magnéticos y pilas entre otras.
Tabla I: Concentraciones atómicas obtenidas por XPS
Mezclas de MnOX
Figura 1: procedimiento experimental para la reducción del MnOx
Para el análisis por XPS de las fases del óxido
de manganeso se utilizó un sistema PHI -548. El
Muestra 2: 1 hora de reducción ánodo utilizado para la excitación de las muestras
después de la mufla
fue el de aluminio (1486.6 eV). Los espectros
Muestra 3: 3 horas de reducción generales fueron tomados con una energía de
paso de 200 eV y las ventanas fueron tomadas a
después de la mufla
una energía de 50 eV.
Muestra 1: directa de la mufla
Muestras
Mn (% )
O (%)
Muestra 1
30
70
Muestra 2
34
66
Muestra 3
16
84
Conclusiones
Las muestras después del recocido en la mufla a 500ºC por 24 horas
(sin reducción con H2) dieron una estequiometría de MnO2. Cuando las
muestras son sometidas a un tratamiento de reducción en presencia de H2
se disminuye el Mn y aumenta O. Por lo tanto, se puede decir que se oxida
la muestra. Este problema con el oxígeno puede ser debido a una
contaminación del CO2 del ambiente.
Figura 2: Sistema PHI-548 utilizado para los análisis XPS
Referencias
El XPS se basa en la absorción de un fotón
por un electrón.
Se puede hacer un análisis
cuantitativo de alguna región de
la muestra por medio de la
siguiente relación:
ESTADO
INICIAL
• Sangaraju Shammugam and Aharon Gedanken, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 1448614491;
Nivel de vacío
hν
• Gang H. Lee, Seung H. Hund, Jin W. Jeong, Byeong J. Choi, Seung H. Kim, and
Hyeong-C. Ri, JACS 2002 124,12094-12095.
Niveles internos
Cx =
Ix
Ii
/∑
Sx i Si
• Yi-Fan Han, Fengxi Chen, Ziyi Zhong, Kanaparthi Ramesh, Luwei Chen, and Effendi
Widjaja, J. Phys. Chem. B 2006,110,14450-14456;
ESTADO
FINAL
KE
Agradecimientos
Nivel de vacío
hν
BE
Agradezco al CNYN por haberme aceptado en el verano de jóvenes a la
investigación, y al Ba blim2 cálculo vectorial y al parecido por su apoyo durante
mi estancia y a Tizoc (Tiezoc) por patrocinar el camino ala ciencia.
Proyecto apoyado por PAPIME N0 104005.
Figura 3: Esquema del proceso de XPS
280
39
OBSERVACIONES AL MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO:
1) Comparación de miembros posteriores en la clase Insecta 2) Crecimiento de
Neurospora crassa para la síntesis de nanopartículas 3) Identificación de dinoflagelados
Atenas Posada Borbón1 Miguel Ávalos Borja2
Universidad de Sonora, Blvd. Luis Encinas y Rosales C.P. 83000, Hermosillo, Sonora.
2
Centro de Nanociencias y Nanotecnología, Universidad Autónoma de México, Km. 107
Carretera Tijuana-Ensenada C.P. 22860, Ensenada, Baja California.
1
La microscopía electrónica de barrido es una técnica de observación de superficies
bastante eficiente, siendo que es inclusive considerado un arte científico. El microscopio
electrónico de barrido (SEM, por sus siglas en inglés) tiene una amplificación máxima de
200000x y una resolución de hasta 5nm, que le da la capacidad de observar claramente
superficies de casi cualquier espécimen.
El funcionamiento del SEM se basa en las interacciones de los electrones con los
sólidos de la muestra que se quiera observar, y es utilizado en las ciencias biológicas para el
análisis de las estructuras formadas por la naturaleza, así como su complejidad y
características indistinguibles a simple vista.
El trabajo se basó en la observación de muestras biológicas, por las cuales se encontró
una serie de características considerables a través de las diferentes órdenes a las que
pertenecían cada uno de los organismos vislumbrados. Algunas de estas particularidades
fueron la presencia de pelos en los organismos de la clase Insecta, que fue constante a través
de todas las muestras; las largas hifas que constituyen el cuerpo del hongo Neurospora
crassa; así como la morfología de los dinoflagelados (de familias diferentes).
La utilización de esta herramienta es básica para las ciencias biológicas, ya que se
pueden determinar señas exclusivas de cada especie, al igual que es posible utilizarlo con
fines médicos, siendo este el caso de la síntesis de nanopartículas de plata por el hongo
mencionado anteriormente.
Agradecimientos
Ing. Israel Gradilla por su apoyo técnico en la toma de imágenes en SEM. Dra.
Ernestina Castro Longoria por su colaboración y proporción de muestras de Neurospora
crassa. Dra. Elizabeth Orellana por proporcionar las muestras de dinoflagelados. Dr.
Leonardo Morales y Dra. Reina Castro Longoria por su apoyo académico.
Esta investigación fue apoyada por el proyecto PAPIME No. PE104005
40
OBSERVACIONES AL MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO:
1) Comparación de miembros posteriores de la clase Insecta 2) Reconocimiento de Neurospora crassa
para la síntesis de nanopartículas 3) Identificación de dinoflagelados
Atenas Posada Borbón1 Miguel Ávalos Borja2
1Universidad
de Sonora, Blvd. Luis Encinas y Rosales C.P. 83000, Hermosillo, Sonora. 2Centro de Nanociencias y Nanotecnología, Universidad Autónoma de México, Km. 107 Carretera Tijuana-Ensenada C.P.
22860, Ensenada, Baja California.
Resumen
La microscopia electrónica de barrido es una técnica de observación de superficies bastante eficiente, inclusive es considerado un arte científico. Esta se
basa en las interacciones de los electrones con los sólidos de la muestra que se quiera observar, y es utilizado en las ciencias biológicas para en análisis de
las estructuras formadas por la naturaleza, así como su complejidad y características indistinguibles a simple vista. En este trabajo se observaron
organismos biológiocs por este método para determinar sus características y en base a esto realizar su debida clasificación.
Los especímenes fueron encontrados en su mayoría sobre la tierra de jardines o sobre el matorral. Todos
ellos pertenecientes a la clase Insecta.
Se llevó a cabo un muestreo de invertebrados de diferentes órdenes en la ciudad de Ensenada, Baja California, zona localizada dentro del rango
31° 52´ latitud norte y 116° 37´ de longitud oeste a una altitud de aproximadamente 20m, para el análisis de sus miembros posteriores en SEM. El
clima predominante en la región es seco. Se conoce que las patas de insectos tienen la particularidad de poseer un exoesqueleto de quitina, lo
que les confiere cierta dureza y la propiedad de poder ser observados en SEM. Se obtuvieron además muestras de fitoplancton marino, para la
identificación de dinoflagelados, con la finalidad de conocer aquellos que se encuentran presentes en la Bahía de todos Santos. De igual manera,
se observó la morfología del hongo Neurospora crassa, utilizado en la síntesis de nanopartículas.
Las imágenes obtenidas para este trabajo fueron solamente de los miembros posteriores y antenas de
los insectos. Se encontró que los invertebrados observados pertenecen a 5 órdenes, los cuales
presentan características distintas bien definidas.
Una característica observada en todos los insectos es la presencia de pelos en sus apéndices, sin
embargo, la densidad de pelos vista fue variable para cada una de las extremidades.
Nombre común
El SEM está compuesto por un cañón de electrones primarios, un espectrómetro de rayos X, así como los debidos detectores de electrones
(secundarios, retrodispersados, entre otros) que funcionarán para el barrido de la muestra con un haz de electrones.
Densidad (pelo/nm2)
Nombre científico
Alacrán
Centruroide exilicauda
0.23596
Catarina
Coccinella septempunctata
1.06
Cochinilla
Armadilliduim vulgare
Cucaracha
Periplaneta americana
1.96
Mosca
Stomoxys calcitrans
2.7882
0.6294
Se colectaron muestras de invertebrados de
jardines cercanos. Posteriormente, se separaron las
extremidades del resto del cuerpo y se colocaron
sobre una tira de carbono que a su vez estaba
colocada sobre una placa de aluminio sobre la cual
fueron analizados.
Ya en la placa, la muestra fue recubierta de una fina
capa de oro. Posteriormente la muestra es colocada
dentro del SEM y se procede a la toma de imágenes
y su posterior selección.
12. Neureurospora crassa
13. N. crassa
Figura 12. Hifa de organismo perteneciente a la Familia
Sordariales de Género Neurospora.
Figura 13. Micelio de N. crassa
Hongo
1)
2)
3)
4)
Limpieza de muestra
Secado en plancha
Recubrimiento en oro
Observación
Dinoflagelados
Figura 1. Segmento pata cucaracha
Figura 14. Agrupamiento de
dinoflagelados de la Familia
Ceratiaceae y Género Ceratium
Figura 2. Pata de cucaracha
Figura 3. Sección de pata de cochinillia
Insectos
Figura 4. Detalle de escama de cochinilla
14. Ceratium pentagonum
Figura 5. Detalle de pata de catarina
Figura 6. Extremidad de catarina.
Figura 7. Aguijón completo de alacrán.
Figura 8. Punta aguijón de alacrán. Orificio secretor de veneno.
Figura 9. Análisis químico punta de aguijón de alacrán.
1. P. americana
Figura 10. Segmento inferior de pata de mosca
Figura 11. Extremidad de mosca
Figura 15. Pareja de
dinoflagelados correspondientes
a la Familia Dinophysidae del
Género Dinophysis
2. P. americana
15. Dinophisys caudata
Periplaneta americana
10. Stomoxys calcitrans
111. Stomoxys calcitrans
Discusiones y Conclusiones
La utilización de la microscopía electrónica de barrido es básica para las ciencias
biológicas, ya que se pueden determinar características específicas de cada
especie.
Los pelos en los insectos observados presentaron diferente forma y dirección,
debido a la posible función que éstos llevan a cabo en cada organismo, ya sea
para la sensación táctil, de olores y sabores; lo mismo que con la densidad, varía
en relación a la función. El análisis químico realizado a la punta del aguijón del
alacrán reflejó cierto grado de Manganeso, probablemente a consecuencia de la
necesidad del organismo de preservar y conservar su aguijón al momento de
insertarlo en presas. El análisis con electrones retrodispersados no demostró
acumulamiento de este metal en sólo un punto del aguijón.
3. Armadillidium vulgare
6. Coccinella septempunctata
9.
En la muestra del hongo N. crassa se observó claramente el micelio. El hongo
presentó mayor crecimiento del esperado. El manejo del hongo debe ser más
cuidadoso .
Los dinoflagelados son aquellos que forman la marea roja y su importancia radica
en si estos son dañinos para la salud, ya sea humana o de los demás organismos
marinos, de ahí la relevancia en su identificación.
4. Armadillidium vulgare
5. Coccinella septempunctata
Agradecimientos - Ing. Israel Gradilla por su apoyo técnico en la toma de imágenes en SEM. Dra. Ernestina Castro
Longoria por su colaboración y proporción de muestras de Neurospora crassa. Dra. Elizabeth Orellana por
proporcionar las muestras de dinoflagelados. Dr. Leonardo Morales por su apoyo académico. Dra. Reina Castro
Longoria por su cooperación en la visita a
Esta investigación fue apoyada por el proyecto PAPIME No. PE104005
Literatura Citada
Balech, E. (1998) Los Dinoflagelados del Atrlántico Suboccidental. Ministerio de Agricultura Pesca y
Alimentación. Madrid, 1988.
Faust, M.A. (2002). Identifying Harmful Marinie Dinoflagellates. Department of Systematic Biology-Botany.
National Museum of Natural History. Washington D.C. 2002.
Ruppert, Fox Baunes; Invertebrate Zoology, Editorial Thomson, Séptima edición
Yacamán, José Miguel; Reyes Gasga, José; Microscopía electrónica Una visión al microcosmos; Consejo
Nacional de Ciencia y Tecnología, Fondo de Cultura Económica, México. 1995.\
7. Centruroides exilicauda
8. Centruroides exilicauda
41
RESUMEN
En este trabajo de investigación se presenta la síntesis de materiales amorfos a base de SiO2 usando
nanotubos de carbono (NTC) impregnados con Pd, Cu y Fe como agente director y como
transportador de nanoparticulas por el método sol-gel.
Los materiales sintetizados fueron caracterizados por diferentes técnicas como lo son: Microscopia
Electrónica de Transmisión y de Barrido, Difracción de Rayos X (Indica estado amorfo de los
materiales caracterizados), Espectroscopía UV-VIS y el área superficial por el método BET.
INTRODUCCION
La morfología de las nanoestructuras a base de SiO2 depende fuertemente de las condiciones de
síntesis, recientemente se ha reportado [1] sintetizar la zeolita MCM-41 usando NTC para generar
estructuras porosas hibridas, así como también la adsorción de nanoparticulas (NPs) metálicas en
NTC[2].
OBJETIVOS
Sintetizar nanoestructuras de SiO2 usando M/NTC (M=Pd, Cu, Fe) como agente director para generar
M/SiO2.
HIPOTESIS
Los NTC transportan las NPs al interior de las cavidades del SiO2 mediante el método sol-gel.
MÉTODO EXPERIMENTAL
MODELO HIPOTETICO DEL DISEÑO DEL MATERIAL
La síntesis de M/SiO2 lleva a cabo mediante el método sol-gel y usando M/NTC para
trasportar las NPs (M=Pd, Cu, Fe), posteriormente se somete a diferentes temperaturas con la
finalidad de oxidar el carbono usando un flujo de oxigeno.
CONCLUSIÓN
Se logró la síntesis de los materiales M/SiO2 (M=Pd, Cu, Fe) mediante una nueva técnica de
impregnación de NPs usando NTC como transporte de las mismas a la superficie del SiO2.
BIBLIOGRAFÍA
1. A novel necklace like structure assembled with MCM-41 and carbon nanotubes, A. Aguilar, et
al., J. of Alloys and Compouds, (2008, in press).
2. Aqueous Deposition of Metals on MWCNT to be Used as Electrocatalyst for PEM Fuel Cell,
A. Keller, Miki-Yoshida, F. Paraguay-Delgado, G. Alonso-Nuñez J. of Fuel Cells ----(2007)--AGRADECIMIENTOS
Proyecto PAPIME N° PE104005
42
1
16 de Junio-4 de Julio del 2008
SERGIO RAMÍREZ1,2, VITALII PETRANOVSKII2, MIGUEL AVALOS2 ,GABRIEL ALONSO2
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA, UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE HIDALGO,
DE NANOCIENCIAS Y NANOTECNOLOGÍA-UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO (UNAM)
2 CENTRO
RESUMEN
RESULTADOS
En este trabajo de investigación se presenta la síntesis de materiales
amorfos a base de SiO2 usando nanotubos de carbono (NTC) impregnados
con Pd, Cu y Fe como agente director y como transportador de
nanoparticulas por el método sol-gel.
Los materiales sintetizados fueron caracterizados por diferentes técnicas
como lo son: Microscopia Electrónica de Transmisión y de Barrido,
Difracción de Rayos X (Indica estado amorfo de los materiales
caracterizados), Espectroscopía UV-VIS y el área superficial por el método
BET.
AREA SUPERFICIAL MÉTODO BET
COMPUESTO
AREA BET (sq.
m/g)
NTC/Pd/O2
NTC/Pd/N2
NTC/Cu/O2
NTC/Cu/N2
NTC/Fe/O2
NTC/Fe/N2
NTC/30mg/O2
NTC/30mg/N2
10.4
28.8
3.7
18.1
27.6
112.4
33.4
90.2
Temperatura de Tipo de Tratamiento
Tratamiento
Térmico
650°C
650°C
650°C
650°C
400°C
400°C
400°C
400°C
COMPOSICIÓN
O2
N2
O2
N2
O2
N2
O2
N2
10mg NTC/Pd
10mg NTC/Pd
10mg NTC/Cu
10mg NTC/Cu
10mg NTC/Fe
10mg NTC/Fe
10mg NTC
30mg NTC
TABLA 1
En la tabla 1 se muestra el área obtenida de cada material sintetizado por el método sol-gel
INTRODUCCION
OBJETIVOS
DIFRACCIÓN DE RAYOS X (XDS)
8 0
Figura 1
7 0
6 0
5 0
Smoothed Y1
La morfología de las nanoestructuras a base de SiO2 depende fuertemente
de las condiciones de síntesis, recientemente se ha reportado [1] sintetizar
la zeolita MCM-41 usando NTC para generar estructuras porosas
hibridas, así como también la adsorción de nanoparticulas (NPs)
metálicas en NTC[2].
4 0
N T C /P d /O
En la fig 1 se muestra un
patrón de difracción de
rayos-X representativo de
las muestras de SiO2
2
3 0
2 0
1 0
Sintetizar nanoestructuras de SiO2 usando M/NTC (M=Pd, Cu, Fe) como
agente director para generar M/SiO2.
0
-1 0
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
S m o o th e d X 2
HIPOTESIS
Los NTC transportan las NPs al interior de las cavidades del SiO2 mediante
el método sol-gel.
ESPECTROSCOPÍA UV-VIS
G r a f ic a d e A B S V s W a v e le n g t h
P a tro n e s d e D ifra c c ió n
1 .6
0 .1 8
0 .1 6
1 .4
0 .1 4
MÉTODO EXPERIMENTAL
1 .2
0 .1 2
0 .1 0
1 .0
MODELO HIPOTETICO DEL DISEÑO DEL MATERIAL
Abs
ABS
0 .0 8
0 .8
0 .6
N T C /P d / N 2
N T C /C u / 2
N T C /C u / N 2
N T C /F e /0 2
N T C /F e /N 2
N T C /P d / 0 2
N T C /3 0 m g /N 2
0 .4
0 .2
0 .0 6
0 .0 4
0 .0 2
0 .0 0
N T C /C u /O 2 /S iO 2
N T C / F e / O 2 / S iO 2
N T C /P d /O 2 /S iO 2
-0 .0 2
-0 .0 4
-0 .0 6
La síntesis de M/SiO2 lleva a cabo mediante el método sol-gel y usando
M/NTC para trasportar las NPs (M=Pd, Cu, Fe), posteriormente se somete
a diferentes temperaturas con la finalidad de oxidar el carbono usando un
flujo de oxigeno.
0 .0
-0 .0 8
100
200
300
400
500
600
700
800
900
100
200
300
W a v e le n g th ( n m )
400
500
600
700
800
900
W a v e le n g t h ( n m )
Figura 2
En estas graficas nosotros percibimos que existe absorción de los metales que se encuentran en las muestras
por tanto existe presencia de ellos .
SiO2
SiO2
SiO2
SiO2
+
MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO
SiO2
SiO2
Sol-Gel
SiO2
SiO2
Figura 3
SiO2
N/NTC
TETRAETILORTOSILICATO
Micrografías de SEM de NTC/Cu/O2/SiO2 y
NTC/30/N2/SiO2, muestran la morfología de los
materiales.
NTC/M/SiO2
PROCESO DE REDUCCIÓN DE NTC A PARTIR DE O2
MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE TRANSMISIÓN
SiO2
SiO2
SiO2
SiO2
SiO2
SiO2
SiO2
O2
SiO2
SiO2
N T C /M /S iO 2 /O 2
NTC/M/SiO2
Cu/NTC/SiO2/N2
Cu/NTC
Pd/NTC
Pd/NTC/SiO2/N2
NTC/M/SiO2
+
NTC/M/Et
Pd/NTC/SiO2/O2
Sol-Gel
TEOS/H20
4
3
21
5 6 7
4
8
11 9
Cu/NTC/SiO2/O2
NTC/SiO2/O2
5 6 7
8
3
2
9
1
1
0
Figura 4
Micrografías de TEM de los materiales preparados (el tamaño de partícula es de
aproximadamente 200 nm)
TRATAMIENTO TÉRMICO
CONCLUSIÓN
Secado
Eliminación
de Agua y
Etanol
Se logró la síntesis de los materiales M/SiO2 (M=Pd, Cu, Fe) mediante una
nueva técnica de impregnación de NPs usando NTC como transporte de las
mismas a la superficie del SiO2.
Trituración
BIBLIOGRAFÍA
1. A. Aguilar, et al., J. of Alloys and Compouds, (2008, in press).
2.A. Keller, Mmiki-Yoshida, F. Paraguay-Delgado, G. Alonso-Nuñez J. of Fuel Cells 4 (2007) 10.
AGRADECIMIENTOS
Muestra
Final
T. Térmico
O2 y N2
Se agradece el importante trabajo técnico de apoyo para llevar a cabo este trabajo de investigación a
Gumecindo Vilchiz Eric Flores Aquino, Israel Gradilla, Eloisa Aparicio, Francisco Ruiz y si tambien al
proyecto PAPIME No.PE104005
43
Preparación y caracterización de Nanoestructuras de ZnO
Centro Universitario de ciencias Exactas e Ingenierías, Universidad de Guadalajara
Blvd. Marcelino García Barragán # 1451, Col. Olímpica, C.P. 44430 Guadalajara, Jalisco
México
José Valenzuela Benavides
Depto.de Nanoestructuras, Centro de Nanociencias y Nanotecnología
Km. 107 Carretera Tijuana-Ensenada C.P. 22860 Ensenada, Baja California
El óxido de zinc es considerado desde varias décadas atrás como un semiconductor cuya
aplicación se extiende en diferentes áreas científicas e industriales; en el momento en el que
estudiamos las propiedades eléctricas, optoelectrónicas y fotoquímicas del ZnO se comenzó a
utilizar en celdas solares, electrodos transparentes y en dispositivos de luz ultravioleta azul
UV, además presenta propiedades piezoeléctricas y semiconductoras lo que hace la
fabricación de nanogeneradores.
El método hidrotermal y los métodos de transporte en fase gaseosa han sido los
habitualmente utilizados para abordar el crecimiento de ZnO. La mayor problemática es
conseguir un buen orden, tamaño uniforme y alineación (características fundamentales para
sus aplicaciones prácticas), la modificación de algunos de los parámetros puede llevarnos a
estructuras de forma y propiedades diferentes. El método utilizado en este proyecto fue el de
evaporación-depósito, con un calentamiento a partir de filamentos (ahorro de energía
comparado con los hornos), la temperatura aproximada (en la mayoría de las experimentos)
en la ampolleta de ZnO corresponde a 1500 °C, mientras que en el sustrato de sílice se
alcanzó unos 200 °C con un tiempo de residencia de 30 minutos.
Si nosotros tenemos un conocimiento amplio de la velocidad del crecimiento al igual que el
control en la composición de la mezcla gaseosa generada en la ampolleta de ZnO, nos
permitirá actuar sobre la estequiometría de las nanoestructuras depositadas y por lo tanto
también en sus características finales. El tratamiento que se le dio al proceso fue con un
arrastre de argón, bajo una presión aproximada de17 mTorr; la posición del sustrato y la
temperatura del mismo fueron clave esencial en este proyecto ya que el depósito tuvo mucho
que ver con el campo en donde este iba a ser sembrado.
Adicionalmente se hizo análisis a las muestras obtenidas por los métodos de SEM, TEM y
DRX para la verificación de las estructuras formadas, así como de su composición y algunas
de sus características que hacen importante este tipo de experimentación. Los datos que se
exhiben en una formación de zinc metálico en vez de nanoestructuras de oxido de zinc.
44
PREPARACION Y CARACTERIZACION DE
NANOESTRUCTURAS DE ZnO
Centro Universitario de ciencias Exactas e Ingenierías, Universidad de Guadalajara
Blvd. Marcelino García Barragán # 1451, Col. Olímpica, C.P. 44430 Guadalajara, Jalisco México
Manuel Herrera Zaldívar, José Valenzuela Benavides,
Depto.de Nanoestructuras, Centro de Nanociencias y Nanotecnología
Km. 107 Carretera Tijuana-Ensenada C.P. 22860 Ensenada, Baja California
Introducción
El óxido de zinc es considerado desde varias décadas atrás como un semiconductor cuya aplicación se extiende en diferentes áreas científicas e industriales; en el
momento en el que estudiamos las propiedades eléctricas, optoelectrónicas y fotoquímicas del ZnO se comenzó a utilizar en celdas solares, electrodos transparentes
y en dispositivos de luz ultravioleta azul UV, además presenta propiedades piezoeléctricas y semiconductoras lo que hace la fabricación de nanogeneradores.
La mayor problemática cuando intentamos un crecimiento de este material es conseguir un buen orden, tamaño uniforme y alineación (características fundamentales
para sus aplicaciones prácticas), la modificación de algunos de los parámetros puede llevarnos a estructuras de forma y propiedades diferentes.
SEM
Resultados
Sustrato de silicio
TEM
Para el análisis de las muestras se tomo el sustrato y además un
raspado de las paredes del tubo de cuarzo para su recuperación
posición
DRX
ΔT
Vapor ZnO
ZnO
arrastre gas
filamento
Experimentació
Se hizo una
n serie de pruebas de depósito, con el
objetivo de encontrar las condiciones idóneas
sustrato
Zn
ZnO
sustrato
sustrato
El análisis de las micrografías de
SEM y TEM muestran que la
formación del material es de forma
de nanocinturones con la aparición
de estructuras en forma de varillas
sustrato
Cara
pulida
Cara
pulida
Ar
Ar
oxigeno
oxigeno
Sustrato de
silicio con
soporte de
cerámica
Cara
pulida
Zn
ZnO
Cara
áspera
Conclusiones
El manejo de un filamento como fuente de calentamiento para la evaporación del ZnO,
produjo que no se estableciera un perfil de temperaturas ideales para la reacción que se
lleva a cabo entre estos elementos, al contrario se estableció un choque térmico que termino
por separar a estos, depositándose solamente el zinc en su forma metálica.
En el horno convencional la especie que se evapora permanece caliente hasta encontrar un
sustrato con temperatura menor.
Nuestro propósito era no gastar mucha energía, si esto lo vemos de forma macroscópica
seria en si un gran capital el que se ahorraría, además, por que no , ver una forma mas
ordenada de crecimiento. El esfuerzo no se ha terminado, el siguiente modelo será construir
un filamento a lo largo del tubo con una variación del mismo, para así proporcionarle ese
perfil de temperaturas.
gas
Centro de Ciencias Nanociencias y Nanotecnología, UNAM
En el instante en el que se sometió la prueba de RDX se demostró que la
muestra obtenida era zinc metálico y no oxido de zinc (el anodo utilizado fue
de cobre con una longitud de onda K-Alpha1 [Å] 1.54060
Referencias
[1] Samuel L. Mensah, Vijaya K. Kayastha, Ilia n. Ivanov, David B. Geohegan and Yoke
Khin Yap; Formation of single crystalline ZnO nanotubes without catalysts and
templates; Applied Physics etters 90, 113108 (2007)
[2] A Umar, B Karunagaran, E-K Suh and B Hahn; Structural and optical properties of
single-crystalline ZnO nanorods grown on silicon by thermal evaporation; Institute of
Physics Publishing, Nanotecchology 17 (2006) 4072-4077
[3] K Yamamoto, K Nagasawa, T Ohmori; Preparation and characterization of ZnO
nanowire
Agradecimientos
Trabajo apoyado por el proyecto PAPIME No. PE104005
Agradecimientos al Centro de Nanociencias y Nanotecnología, por la
oportunidad en el desarrollo de esta investigación
Israel Gradilla, Eloísa Aparicio y Francisco Ruíz por el apoyo en el
análisis de las muestras
45
Depósito y caracterización de películas delgadas
de Nitruros de Molibdeno (MoNX)
A
R. Rodríguez-Jiménez A, G. Soto-Herrera B, F. Ramírez-Hernández B
Universidad Autónoma de Baja California; F. C. Q. e I. ; Tijuana, BC México
B
Centro de Nanociencias y Nanotecnología; UNAM, Ensenada, BC México
La necesidad del ser humano por darle una vida útil a todo lo que utiliza en la vida diaria, nos
ha orillado a buscar nuevas formas de aumentar ese tiempo de uso de las herramientas y otros
objetos [1]; con el propósito de alcanzar este fin se desarrollaron varios métodos y una gama
de materiales[2].
Esto ha creado una nueva era de avances tecnológicos con el afán de disminuir estos factores
que deterioran a las piezas metálicas tales como: el desgaste, la corrosión y otras cuestiones
mecánicas.
En este trabajo se realizo el depósito de películas delgadas de nitruros de Molibdeno (MoNX)
y caracterizarlas por métodos cualitativos (AES y EDS); también conocer la topografía
(asistidos por SEM) de estas películas conforme con el proceso al cual fueron sometidas las
muestras.
Para formar estos depósitos hay diversos métodos con los cuales se logra este objetivo, para
nuestro caso se uso el método de depósitos de vapores químicos en Cátodo hueco. En la
cámara de este se generara un plasma donde se añaden un flujo de 2 gases uno que llevara a
cabo la erosión iónica (Argón) al blanco (Molibdeno) y otro flujo de Nitrógeno (N2) quien
reaccionara con los iones del blanco, formando así los MoNX. Ya que se forman los MoNx
emigraran hacia un substrato de Silicio, donde se depositaran estos generando así la película
delgada, la cual tendrá el espesor de algunos nanometros.
En este proceso el calor logra mejorar el arreglo de los cristales que crecen sobre el substrato
y como se observa en las micrografías, el crecimiento fue el deseado, aunque cuando se
magnifica más la imagen se perciben pequeños cúmulos (o granos) puesto que el depósito no
siempre será uniforme o debido a impurezas en el substrato.
En los espectros de AES (Auger Electrón Spectroscopy) se confirma la presencia de los
MoNX, las concentraciones de estos compuestos no se determinaron. Se perciben en estos
espectros algunos componentes no deseados, esto probablemente por impurezas o al vació
ejercido en la cámara.
Se espera en un futuro el continuar investigando las propiedades de estas películas delgadas,
puesto que sus posibles aplicaciones son variadas, solo se requiere de gente emprendedora
que busque nuevas técnicas y métodos e implementarlos a la industria.
[1] X.Chu,S.A. Barnett,M.S. Wong,W.D. Sproul, J. Vac. Sci. Technol., 133-134 (2000) 289.
[2] R. Sanjines, C.Wiemer, P. Hones, F. Levy, Thin Solid Films 290/291 (1996) 334.
Jóvenes a la investigación
46
16 de Junio - 4 de julio 2008
Depósito y caracterización de películas delgadas
de Nitruros de Molibdeno (MoNx)
R. Rodríguez-Jiménez A, G. Soto-Herrera B, F. Ramírez-Hernández B
A
Universidad Autónoma de Baja California; Fac. de Ciencias Químicas e Ingeniería ; Tijuana, BC México
B Centro
de Nanociencias y Nanotecnología; UNAM, Ensenada, BC México
Resumen:
En el siguiente trabajo se han realizado depósitos por el método de pulverización en cátodo hueco de películas delgadas de Nitruro de Molibdeno, que fueron caracterizadas por
espectroscopia de electrones Auger (AES) y por Microscopía electrónica de barrido (SEM). Existen otros métodos para realizar estos depósitos, tales como ablación a láser pulsado
(PLD) y la pulverización por magnetrón (Magnetron Sputtering), que son algunos métodos para realizar estos depósitos los cuales se clasifican en: depósitos de Vapor Físico (PVD) y los
depósitos de Vapor Químico (CVD).
Introducción:
Micrografías obtenidas por SEM
El desarrollo de la tecnología ha permitido obtener una gama de películas delgadas
utilizadas como recubrimientos duros en herramientas de corte [1]. Como ejemplos
de estos materiales se pueden citar TiN, ZrN, HfN [2]. Como máximo objetivo se
intenta sintetizar materiales tan duros como el diamante, que es el material más
duro conocido. Algunos materiales, por ejemplo el nitruro de boro cúbico [3] es parte
del éxito logrado en la búsqueda de materiales duros sintetizados por el hombre.
Cada método de depósito requiere instrumentación apropiada dependiendo del
sistema y del tipo de depósito. Parámetros tales como la presión y temperatura
juegan un rol determinante en la morfología y la calidad del depósito. La técnica de
HCCVD (depósito de vapores químicos por cátodo hueco, Figura 1) es un método
potencialmente efectivo [4] para el depósito de películas delgadas que se lleva a
cabo en cámaras de alto vacío.
Fig.5a
Fig.5b
Figuras 5a y5b:
Topografía de Peliculas delgadas de MoNX sintetizadas con un Flujo de N2 de 10 sccm ,
durante 30 minutos, con una temperatura en el substrato por arriba de 5000 C
a) 1000 X
b)10000 X
Figura 1: Diagrama del sistema HCCVD.
Experimentación:
Realizamos depósitos en una cámara de cátodo hueco (fig.3), donde aplicamos una
corriente aproximadamente de 8 Amperes, donde se anexo un flujo de Argón (40
sccm), quien es responsable de la pulverización del blanco (de Molibdeno),
generando así un plasma (Fig. 4) que se dirige hacia el substrato (que es silicio (Si))
donde se depositara la película.
Fig. 6
Se agrega una flujo de un gas que reaccionará con el molibdeno que se depositará,
en este caso será nitrógeno (N2), introduciendo al sistema un flujo de 10 sccm
formando así Nitruros de Molibdeno (MoNX). La temperatura que alcanza el
calefactor supera los 5000C ; con el calentamiento logramos que la película
obtenga una crecimiento adecuado, buscando que este depósito sea epitaxial.
Figura 6: Espectro de EDS mostrando la emision de Rayos X de Molibdeno
Espectros AES
3b
3a
Figuras 3a y 3b: sistema de cátodo hueco.
4a
4b
Figura 7: Espectro Auger donde se muestran los principales elementos de la muestra
a)Superficie oxidada
b)Superficie erosionada
Conclusión:
Se logró depositar y caracterizar por AES y SEM la película delgada de Nitruro de Molibdeno. Los
correspondientes espectros de AES y EDS confirman la presencia de este compuesto y de otros
elementos presentes en la superficie del substrato de Silicio; posteriormente se pretende
continuar con el análisis de estas películas delgadas para conocer sus propiedades y aplicarlas a
la industria, con el fin de continuar con el avance de la tecnología.
Figuras 4a y 4b: sistema de cátodo hueco con plasma erosionando al
substrato, adicionando un flujo de gases (Ar y N2).
Resultados y Discusión:
Se obtuvo una película, que se puede observar en las micrografías en SEM con
una topografía levemente accidentada (fig.5a) debido al aumento aplicado en la
figura, sin embargo en la siguiente micrografía tomada a mayor aumento se ve
como existen granos en el depósito.
En los espectros Auger se confirmó la presencia de MoNx (figuras 7a y 7b) y
algunos elementos encontrados en la muestra, esto debido a impurezas del
substrato. Por medio de AES pudimos confirmar que obtuvimos una película de
Nitruro de Molibdeno.
Agradecimientos:
Primero que nada al CNyN por darle la oportunidad de acercar a los jóvenes a este fascinante
mundo de la investigación; a mis asesores de quienes aprendí bastaste durante esta estancia,
Felipe Ramírez y David Cervantes. También a: Ing. I. Gradilla, Alejandro Tiznado, Miguel Martínez,
pues sin ellos hubiera salido adelante este trabajo. A mis maestros quienes me motivaron a
ingresar a este programa, a los Doctores J. Cruz y M. Del Valle.
Apoyado por el proyecto PAPIME PE no. 104005.
Referencias:
[1]
[2]
[3]
[4]
X.Chu,S.A. Barnett,M.S. Wong,W.D. Sproul, J. Vac. Sci. Technol., 133-134 (2000) 289.
R. Sanjines, C.Wiemer, P. Hones, F. Levy, Thin Solid Films 290/291 (1996) 334.
J. Musil, P. Dohnal, PZeman, J. Vac. Sci. Technol., B 23 (2005) 1568.
P. Torri, A. Mahiout, J. Koskinen, J.-P. Hivonen, L.-S. Johansson, Scr. Mater. 42 (2000) 609.
47
Influencia de la relación SiO2/Al2O3 a las propiedades de la
Zeolita Beta como soporte para Cobre
Uribe Martínez M.1, H. Tiznado2,E. Flores-Aquino2, Vitalii Petranovski A.2
1. Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías,CUCEI.
Universidad de Guadalajara. Guadalajara, Jal.
2. Centro de Nanociencias y Nanotecnología, UNAM. km 107 Carretera TijuanaEnsenada. C.P. 22860, Ensenada, B.C.
La Zeolita Beta tiene la siguiente formula general |Na+7| [Al7Si57 O128]-*BEA. Lo
importante es la relación que hay entre Silicio y Aluminio es Si + Al = 64.La formula de la
zeolita Beta cambiara dependiendo de la relación molar que hay entre SiO2/Al2O3 porque el
silicio puede remplazar al aluminio en la celda cristalina.
Como fuente de zeolita usamos las siguientes relaciones molares SiO2/Al2O3=25,
SiO2/Al2O3=38, SiO2/Al2O3=360 del proveedor Zeolyst international.
Se incrusto cobre dentro de la zeolita beta por medio de un intercambio iónico, después de
realizar el intercambio iónico se dejó secar la zeolita. Una vez seca la zeolita intercambiada
se le realizaran varias pruebas a cada una de las relaciones molares (SiO2/Al2O3).
Las pruebas que se realizaron fueron: EDS, reducciones en mufla en flujo de hidrógeno a
diferentes temperaturas (150°C, 250°C, 350°C y 650°C), TPR (Reducción Termo
Programada), espectroscopia de UV-Visible y prueba de actividad catalítica.
Los resultados del EDS fueron los siguientes: para SiO2/Al2O3=25 tenemos 0.40% Cu
atómico, SiO2/Al2O3=38
0.32% Cu atómico, SiO2/Al2O3=360 0.09% Cu atómico, la
muestra de SiO2/Al2O3=360 no es muy confiable debido a la sensibilidad del equipo.
Al obtener los resultados del UV-Visible comparando desde la zeolita pura después de
intercambio observamos un pico en 850nm, lo que pertenece a una señal de Cu+2. Al
aumentar la temperatura de reducción se observa que esta señal desaparece y al mismo
tiempo aparecen nuevas señales, las cuales pertenecen a cobre reducido.
La muestra de SiO2/Al2O3=360 tiene tan poco cobre que no muestra alguna señal observable
en la espectroscopia de UV-Visible.
Los resultados del TRP se observa que a diferentes temperaturas resaltan picos que nos
indican las reducciones de cobre en la zeolita, la más notable diferencia es que en el primer
TPR SiO2/Al2O3=25 muestra 3 tipos de cobre (picos), SiO2/Al2O3=38 muestra 2 tipos de
cobre (picos) y SiO2/Al2O3=360 no se puede apreciar bien por el poco contenido de cobre. Al
realizar el segundo TPR esos picos de desfasan una diferente temperatura de reducción
dejando diferente numero de picos, es decir diferencia en las especies de cobre intercambiada
en zeolita.
Para la actividad catalítica se tomo la muestra SiO2/Al2O3=25 que es la más representativa y
se relaciona con el trabajo que realizó José de Jesús Olazaba García en este mismo verano de
investigación, el trabajo con ZMS-5 SiO2/Al2O3=23, la muestra de ZMS-5 tiene mejor
actividad catalítica pues al 50% conversión lo realiza a una temperatura menor que 170°C y
la zeolita beta lo realiza a una temperatura mayor a 200°C.
Agradecimientos
Agradezco a Eric Flores por su apoyo en el laboratorio de catálisis, a Hugo Off-Road por su
entrenamiento en el TPR, a Israel Gradilla por el EDS, Trino Zepeda por análisis de actividad
catalítica y al Proyecto PAPIME No. PE104005
48
Influencia de la relación SiO2/Al2O3 a las propiedades de la
Zeolita Beta como soporte para Cobre.
Uribe Martínez M.1, H. Tiznado2, E. Flores-Aquino2 , Vitalii Petranovski A.2
1.Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías, CUCEI. Universidad de Guadalajara. Guadalajara, Jal.
2.Centro de Nanociencias y Nanotecnología, UNAM. km 107 Carretera Tijuana-Ensenada. C.P. 22860, Ensenada, B.C.
Resumen:
Como fuente de zeolita usamos las siguientes relaciones molares SiO2/Al2O3=25, SiO2/Al2O3=38, SiO2/Al2O3=360 del proveedor Zeolyst international.
Se incrusto cobre dentro de la zeolita beta por medio de un intercambio iónico, después de realizar el intercambio iónico se dejó secar la zeolita. Una vez seca
la zeolita intercambiada se le realizarán varias pruebas a cada una de las relaciones molares (SiO2/Al2O3).
Las pruebas que se realizaron fueron: EDS (Espectroscopia de Difusión Electrónica), reducciones en mufla con flujo de hidrógeno a diferentes temperaturas
(150°C, 250°C, 350°C y 650°C), TPR (Reducción Termo Programada), espectroscopia de UV-Visible y prueba de actividad catalítica.
Introducción
Las zeolitas son aluminosilicatos con cavidades de dimensiones moleculares de 3 a 10 angstroms. Contienen iones grandes y moléculas de agua con
libertad de movimiento, para así poder permitir el intercambio iónico. Las Zeolitas están constituidas por aluminio, silicio, hidrógeno, oxígeno, y un número
variable de moléculas de agua. La Zeolita Beta tiene la siguiente formula general |Na+7| [Al7Si57 O128]-*BEA. Lo importante es la relación que hay entres Silicio y
Aluminio que es Si + Al = 64.La formula de la zeolita Beta cambiara dependiendo de la relación molar que hay entre SiO2/Al2O3. Las zeolitas, debido a sus poros
altamente cristalinos, se considera un tamiz molecular, pues sus cavidades son de dimensiones moleculares, de modo que al pasar las aguas duras, las
moléculas más pequeñas se quedan y las más grandes siguen su curso, lo cual permite que salga un líquido más limpio, blando y cristalino.
Su estructura cristalina está formada por tetraedros que se reúnen dando lugar a una red tridimensional, en la que cada oxígeno es compartido por dos
átomos de silicio, formando así parte de los minerales tectosilicatos. En la industria química las zeolitas se utilizan como soporte para metales que sirven como
catalizadores, al ser porosas favorecen la reacción haciéndola mas barata y mas eficiente. Utilizaremos el método de intercambio iónico para introducir cobre en
las cavidades de la Zeolita Beta.
Método experimental
Reducción con
Hidrogeno (TPR)
Intercambio Iónico
con CuSO4
secado
Reducción a diferentes
temperaturas 150°C, 250°C,
350°C y 650°C
EDS
UVVisible
Resultados
1.02
0.74
0.090
0.40
0.32
0.09
0.4
1.04
0.62
0.04
0.6
int-blanco
150-blanco
250-blanco
350-blanco
650-blanco
Cobre intercambiado en Beta 25
0.5
Absorbancia
25
38
360
Nanoparticulas de cobre
1nm-5nm
UV-Visible
Tipo de Relación Capacidad de
EDS
EDS
Zeolita
molar
intercambio
%Cu
%Al
SiO2/Al2O3 Meq / g zeolita Atómico Atómico
NH4β
NH4β
Hβ
Actividad
Catalítica
Cobre intercambiado en Beta 38
inter-blanco
150-blanco
250-blanco
350-blanco
650-blanco
0.5
Absorbancia
Zeolita pura
0.3
0.2
0.4
0.3
0.2
0.1
0.1
0.0
160
0.0
160
260
360
460
560
660
760
260
360
860
Dependencia de la relación molar (UV-Visible)
0.9
0.8
Zeolita blanco
0.7
0.7
0.60
Zeolita Beta Reducción a 250°C
0.7
0.3
0.4
0.3
0.3
0.2
0.2
0.5
0.4
460
560
660
760
860
160
Longitud de onda (nm)
260
360
460
860
160
260
B25TPR1
B38TPR1
B360TPR1
8
400
300
5
200
4
100
3
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
560
660
760
0.1
160
860
0.2
260
360
560
660
760
860
160
260
360
460
560
660
760
Reducción 250°C
860
200
300
400
500
600
700
800
Reducción 350°C
Reducción 650°C
700
B25TPR2
B38TPR2
B360TPR2
9
TPR 2
460
Reducción 150°C
500
6
460
10
600
7
360
700
9
Señal
760
Intercambio con
CuSO4
10
-500
660
Blancos
TPR 1
560
0.3
0.15
500
7
400
6
300
5
200
4
100
3
0
CuBeta25
1.0
600
8
0.8
Conversión de CO
360
0.35
0.20
0.1
Señal
260
25
38
360
0.4
0.25
0.2
0.1
0.40
0.30
0.1
0.0
160
0.45
0.3
0.2
860
0.5
25
38
360
Absorbancia
0.4
0.5
760
0.6
0.50
25
38
360
0.6
Absorbancia
0.4
0.5
25
38
360
0.6
Absorbancia
0.5
25
38
360
Absorbancia
25
38
360
Absorbancia
Absorbancia
0.6
660
0.55
0.7
0.6
560
Cobre soportado en Beta 38
Desaparición de especie de cobre
0.8
0.8
Zeolita Intercambiada
0.8
460
Cobre soportado en Beta 25
Nivel ideal de
intercambio
0.6
0.4
0.2
0.0
4000
Tiempo
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Tiempo
Conclusiones
0
50
100
150
200
Al realizar las pruebas anteriores podemos concluir que la relación molar SiO2/Al2O3 de la matriz si influye
en estado de cobre.
En el UV-Visible se observa que a diferentes temperaturas de reducción las especies de cobre cambian y
en alguna de ellas desaparece la especie de Cu+2 . El tipo de cobre reducido depende de la relación molar
de la zeolita.
La dependencia se observa más claramente en los experimento de TPR.
La prueba realizada de actividad catalítica solo se realizó para una composición lo que nos impide opinar
sobre que influencia tiene este factor en la actividad catalítica, será el siguiente objetivo a cumplir dándole
seguimiento a este trabajo.
Referencias
250
300
350
T (°C)
Actividad Catalítica Beta 25
Fotografía Beta 360 tomada por SEM
Agradecimientos
Agradezco
a
Hugo
Off-Road
por
su
entrenamiento en el TPR, a Israel Gradilla por el
EDS, Trino Zepeda por análisis de actividad
catalítica, J. Palomares, M. Sainz, J. Peralta por
su apoyo en computo, al Dr. Víctor Soto por su
apoyo moral y al Proyecto PAPIME
No. PE104005
1.-Removal of MTBE from water by adsorption using hydrophobic molecular sieves
2- International Zeolite Association www.iza-online.org
49
SÍNTESIS DE NiMo/Ti-SBA-15 Y ACTIVIDAD CATALÍTICA
EN LA HIDRODESULFURACIÓN DE DIBENZOTIOFENO
Sergio Mario Vargas Guzmán1, Priscy Alfredo Luque Morales2, Ricardo Valdez Castro2,
Amelia Olivas Sarabia2
1
Centro Universitario de la Ciénega, Universidad de Guadalajara. Avenida Universidad
1115 Col Lindavista CP.47840. Ocotlán Jalisco, México
2
Centro de Nanociencias y Nanotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México,
Km. 107 Carretera Tijuana-Ensenada, C.P. 22800 Ensenada, B.C., México.
En la mayoría de los países industrializados se han establecido valores máximos de
concentración admisible para los contaminantes atmosféricos más característicos como son
los SOx y Nox [1].por lo que intensamente se buscan medidas de prevención y corrección a
este tipo de emisiones que alteran el ecosistema.
La producción de combustibles limpios ha despertado un renovado interés en los
últimos años tanto en el ámbito industrial como académico para la eliminación de
heteroátomos (Hidrotratamientos) de las fracciones pesadas del petróleo. Los SOx son
compuestos generados por los procesos de combustión de energéticos que contienen azufre.
Son especies atmosféricas contaminantes dañinas causantes de la lluvia acida y demás
repercusiones a la salud humana. Por consiguiente la remoción mas estricta de los
compuestos de azufre de la atmósfera y su descomposición siguen siendo un gran reto para
los investigadores [2].
Estudios anteriores han comprobado que el SBA-15 es un excelente soporte para la
preparación de catalizadores debido a su alta área específica, el gran tamaño y volumen del
poro además de paredes gruesas en comparación de materiales similares. Como
catalizadores, los compuestos de Titanio son muy atractivos por su estabilidad, no toxicidad,
bajo costo y sus altas propiedades de reacción. Se han llevado a cabo extensas
investigaciones sobre especies de silicatos de titanio y oxido de titanio incluyendo materiales
mesoporosos para el diseño y desarrollo de un catalizador efectivo y eficiente [3].
En este proyecto los catalizadores de sulfuros NiMo/SBA-15 y NiMo/Ti-SBA-15
fueron sintetizados utilizando Pluronic P123 y Tetraetilortosilicato como fuente de sílice
según la metodología reportada en la literatura [4]. Se hizo el injertado de los alcoxidos de
Ti4+ con isopropóxido de titanio utilizando etanol absoluto como disolvente; Además de
hacerse la impregnación simultanea de Ni y Mo con heptamolibdato de amonio y nitrato de
níquel. Los materiales fueron analizados por microscopia electrónica de transmisión,
reflectancia difusa, difracción de rayos X y mediciones de área superficial para
caracterizarlos físicamente; además se realizó la medición de la actividad catalítica en la
reacción de Hidrodesulfuración de dibenzotiofeno.
En el petróleo crudo se encuentran compuestos heterocíclicos más complejos que el
dibenzotiofeno y estudiando esta molécula se puede predecir el comportamiento real de este
catalizador en la refinación del petróleo.
[1] http://www.jmarcano,com/recuros/contamin/catmosf.html
[2] Y. Gochia, C. Órnelas, F. Paraguay, S Fuentes, L. Álvarez, J. L. Rico, G. Alonso-Núñez. Catalysis Today
107-108 (2005) 531-536
[3] Vladimir Moravek, Jean-Claude Duchet, Daniel Cornet; Applied Catalysis, 66 (1990) 257-266
[4] Zhao, D, Huo, Q., Feng, J., Chmelka, F. y Stucky, G. Jounal of the American Chemical Society 120 (1998),
6024-6036.
y
g
p
50
SÍNTESIS DE NiMo/Ti
NiMo/Ti--SBASBA-15 Y ACTIVIDAD CATALÍ
CATALÍTICA EN LA
HIDRODESULFURACIÓ
HIDRODESULFURACIÓN DE DIBENZOTIOFENO
1Sergio
1Centro
2Centro
Mario Vargas Guzmá
Guzmán , 2Priscy Alfredo Luque Morales, 2Ricardo Valdez Castro
2Amelia Olivas Sarabia*
Universitario de la Cié
Ciénega, Universidad de Guadalajara. Avenida Universidad 1115 Col. Lindavista C.P..47840. Ocotlán Jalisco, México
de Nanociencias y Nanotecnologí
Nanotecnología, UNAM, Km. 107 Carretera Tijuana-Ensenada, C.P. 22800 Ensenada, B.C. , México.
Resumen: Se sintetizó NiMo/Ti-SBA-15 por el método de impregnación química. Las especies incorporadas mostraron una alta dispersión sobre la superficie del soporte. En los
catalizadores de NiMo soportado sobre los materiales tipo SBA-15, la dispersión de las especies oxidadas de Ni y Mo se incremento con la incorporación de TiO2 . Las pruebas catalíticas
realizadas en la hidrodesulfuración (HDS) de dibenzotiofeno (DBT) mostraron que la modificación del soporte de SBA-15 con especies de Ti, mejora apreciablemente la actividad del
catalizador. Puede deducirse que la actividad presentada por los catalizadores de NiMo están estrechamente relacionados con las propiedades del soporte.
Introducció
Introducción
Un catalizador, es una sustancia que acelera la velocidad de una reacción
química sin sufrir ningún cambio.
El uso de catalizadores en la industria está tan extendido que prácticamente
participan en el 90% de los procesos químicos. El desarrollo de la química
industrial se debe en gran medida a la catálisis, ya que ofrece innumerables
ventajas con respecto a los procesos en los que no se puede intervenir
mecánicamente [1]. Los catalizadores son estudiados debido a las aplicaciones
industriales que se les ha dado, principalmente en los procesos de
hidrotratamiento como son la hidrodesulfuración (HDS) e hidrodenitrogenación
(HDN) [2].
En la búsqueda de aumentar la eficiencia en los procesos industriales se ha
visto que, en muchos casos, la actividad catalítica de los sulfuros metálicos
aumenta en presencia de un segundo metal de transición, como es el caso del
níquel y molibdeno. En el presente trabajo, se reportan los resultados de la
síntesis del catalizador de NiMo/Ti-SBA-15, preparado mediante la técnica de
impregnación simultanea además de la evaluación de su actividad catalítica en la
reacción de hidrodesulfuración de dibenzotiofeno.
Figura 3. Espectros de DRS de los soportes
SBASBA-15 (a) y TiTi-SBASBA-15 (b).
En la Figura 4 se muestran los espectros de DRX de ángulos pequeños, (a)
soporte y (b) catalizadores de NiMo, que se compararon con los que existen en la
literatura y se comprobó que es Ti-SBA-15 el material sintetizado en el
laboratorio y no otro compuesto [5]. También se adquirieron imágenes del
microscopio electrónico de transmisión (TEM) que mostraron la distribución de
los átomos en el soporte. (Figura 5)
Objetivo
• Determinar la actividad catalítica de los materiales NiMo/SBA-15 y NiMo/TiSBA-15, en la reacción de HDS de DBT.
Experimental
Los catalizadores de Ni-Mo soportados en SBA-15 y en Ti-SBA-15 (con
proporción atómica Si/Ti=40) fueron preparados por el método descrito por D. Zhao
and Y. Yue [4]. La incorporación de Ti se llevo a cabo por síntesis directa usando
butóxido de titanio (97%, Aldrich). El sólido se filtró, secó por 24 h a 120 0C para
posteriormente calcinarse a 773 K por 6 h con una rampa de temperatura de 1
°C/min.
Se realizaron estudios de morfología y de estructura a las muestras por TEM y
DRX, además de mediciones de textura por BET y reflectancia difusa UV-Vis
[3]
Figura 4. Patró
Patrón de difracció
difracción de rayos X (DRX)
para las muestras de TiTi-SBASBA-15 sintetizadas.
Figura 5. Microscopia electró
electrónica de
trasmisió
trasmisión (TEM).
Los resultados de la reacción de hidrodesulfuración del dibenzotiofeno a una
temperatura de 325 0C por 8 h y utilizando como catalizador las muestras
sintetizadas, produjeron bifenil (BPH) principalmente, tetrahidrodibenzotiofeno
(THDBT), ciclohexilbenzeno (CHB) [5] y biciclohexilo (BCH) [5] en estado gaseoso
como productos finales.
HDS de DBT
Ruta de Reacción
Cromató
Cromatógrafo
Reactor
Figura 1. Esquema de
síntesis para el SBASBA-15
Figura 2. Sistema catalí
catalítico para determinar
la actividad del catalizador.
Tabla 2. Constantes de velocidad intrí
intrínseca del catalizador para la reacció
reacción de HDS de DBT .
Muestras
Resultados y Discusió
Discusión
Se hizo la medición del área superficial comprobando que esta fue
disminuyendo a medida que se agregó Ni, Mo y Ti.
Tabla 1. Medició
Medición de área superficial
Muestra
SBET(m2/g)
SBA-15
1167
Ti-SBA-15
971
NiMo/Ti-SBA-15
672
En el espectro DRS (figura 3) muestra la banda de absorción de a) SBA-15
y b) Ti-SBA-15 donde la ausencia de absorción en 330 nm en el espectro de
este soporte indica que la muestra modificada con titanio esta libre de titania
anatasa (TiO2 Aglomerada)
NiMo/SBA-15
NiMo/Ti-SBA-15
κ(HDS) x 109
[ molDBT .s-1m-2]
2.2
4.1
Conclusiones
• El catalizador NiMo/Ti-SBA-15 presentó mayor conversión en la
Hidrodesulfuración del dibenzotiofeno.
•Los productos obtenidos siguen el orden:
BPH >> THDBT >CHB> BCH
•La selectividad fue principalmente hacia Bifenil por lo que estos catalizadores
favorecen la Desulfuración Directa.
Referencias
1. D. Eastwood, H. Van de Venne,NPRA Annual Meeting, San Antonio, TX,1990
2. T. Halachev, R. Nava, L.D. Dimitrov, Appl. Catal. A: General 243 (2003)
3. R.R. Chianelli, T.A. Pecoraro, US Patent 4,508,847, 1985.
4. T.A. Pecoraro, R.R. Chianelli, US Patent 4,528,089, 1985.
5.Zhao, D, huo, Q., Feng,J., Chelka,F. y Stucky, G Journal of the American Chemical Society 120 (1998) 6024-6036
Agradecimientos.
* A PROYECTO PAPIME No. PE104005 por su apoyo económico
*A Dr. Amelia Olivas por su interés, atención y tiempo que me brindó.
*A
Alfredo
*A Arturo Susarrey Arce, por su indispensable ayuda
*A Trino A Zepeda por su ayuda en la caracterización
*Al instituto CNyN-UNAM por su hospitalidad y permitir interactuar con los investigadores.
Luque Morales y Ricardo Valdez Castro por su apoyo.
*A mi familia por apoyarme para desarrollarme como un investigador.
51
Obtención y Caracterización del precursor NaNbO3 para la elaboración de
piezocerámicas libres de plomo.
Silvia Estefanía Valerdi Monroy1,2, Jorge Portelles2,3
1
Colegio de Bachilleres del Estado de B.C.Plantel Ensenada
2
Centro de Nanociencias y Nanotecnología, UNAM, Ensenada, Baja California.
3
Facultad de Física, Universidad de La Habana,Ciudad Habana, Cuba
Se aplica por primera vez en nuestro laboratorio, el método de
reacción térmica del
crecimiento del grano, (RTGG) para la obtención del sistema cerámico texturado NaNbO3, a
partir del compuesto Bi2.5-Na3.5Nb5O18 (BiNN5). Se utiliza la DRX, la microscopía
electrónica de barrido (SEM) y EDS para el estudio de la granometría de los sistemas antes
mencionados. A través de un estudio estadístico del tamaño del grano en las micrografías y
utilizando el programa Scion Image, se obtiene como resultado que los granos son más
rectangulares que cuadrados en el BiNN5 en contraposición con otros autores. El BiNN5
obtenido, se encuentra más texturado y con menos fases presentes que lo reportado en la
literatura. Además se obtiene el NaNbO3, aún con iones de bismuto, pero texturado en la
dirección [001].
52
Obtención y Caracterización del precursor NaNbO3 para la elaboración de
piezocerámicas libres de plomo.
Silvia Estefanía Valerdi Monroy1,2, Jorge Portelles2,3
1Colegio
2Centro
de Bachilleres del Estado de B.C.Plantel Ensenada
de Nanociencias y Nanotecnología, Ensenada, Baja California.
3Facultad de Física, Universidad de La Habana, Cuba.
Se aplica por primera vez en nuestro laboratorio, el método de reacción térmica del crecimiento del grano, (RTGG) para la obtención del sistema cerámico texturado
NaNbO3, a partir del compuesto Bi2.5-Na3.5Nb5O18 (BiNN5). Se utiliza la DRX, la microscopía electrónica de barrido (SEM) y EDS para el estudio de la granometría de los
sistemas antes mencionados. A través de un estudio estadístico del tamaño del grano en las micrografías obtenidas y utilizando el programa Scion Image, se obtiene como
resultado que los granos son más rectangulares que cuadrados en el BiNN5 en contraposición con otros autores. El BiNN5 obtenido, se encuentra más texturado y con
menos fases presentes que lo reportado en la literatura. Además se obtiene el NaNbO3, aún con iones de bismuto, pero texturado en la dirección [001].
INTRODUCCIÓN
La piezoelectricidad es un estudio en la física cristalina, iniciada por los hermanos Jacques y Pierre Curie en 1880.
Cuando un cristal piezoeléctrico se aplica una tensión mecánica convenientemente orientada, el cristal genera cargas
eléctricas en proporción con la tensión aplicada: inversamente, cuando se aplica un campo eléctrico convenientemente
orientado, el cristal se deforma. Tales características conducen naturalmente a la estos materiales a ser utilizados como
transductores electromecánicos, es decir sensores de deformación y generadores ultrasónicos. La cerámica piezoeléctrica
más difundida se basa en zirconato de plomo y titanato de plomo, conocida como PZT. Por su alto contenido de plomo y
Imágenes EDS y SEM del BiNN5 obtenido
su incidencia en la contaminación del medio ambiente se ha intentado en los últimos años desarrollar un sistema
equivalente sin plomo. Las composiciones de la familia del sistema “PZT” demuestran efectos piezoeléctricos mucho más
fuertes, y han venido dominar el campo. Su contenido en plomo, sin embargo, levanta fuertes preocupaciones
ambientales.
40
18
F
Imágenes de Nature, Vol. 432, 2004 del BiNN5)
Data: Data1_B
Model: Gauss
y0
xc
w
A
12
Preparación del BiNN5
F
Chi^2/DoF
= 10.19135
R^2
= 0.83238
14
1.26571
5.83845
3.76611
73.25885
±1.59486
±0.42307
±1.02569
±21.50046
10
.
B
Gauss fit of Data1_B
35
16
30
Data: Data1_B
Model: Gauss
25
Chi^2/DoF
R^2
= 1
y0
xc
w
A
20
8
= --
4.9964 ±-1.89226
1.51687
60.78072
±-±-±--
15
6
10
1.25Bi2O3+1.75Na2CO3+2.5Nb2O5
4(Bi2.5Na3.5Nb5O18) + 3Na2CO3
NaCl
NaCl
4
Bi2.5Na3.5Nb5O18
5
2
0
0
20NaNbO3 + 5Bi2O5 + 3CO2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Histograma del tamaño de grano BiNN5 (largo)
Obtenidas mediante el método RTGG
1.0
L (μm)
1
2
0.8
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
10
F
y0
xc
w
A
Data: Data1_B
Model: Gauss
10
2.12742
2.83827
3.70047
82.87755
L (μm)
o
002
001
30
40
10
50
20
30
40
50
60
2θ
DRX de BiNN5 primera camada
Patrón de DRX del BiNN5 obtenido
DESARROLLO
Chi^2/DoF
= 0.69509
R^2
= 0.99484
y0
xc
w
A
±0.74084
±0.13305
±0.33098
±8.47847
8
0.0
20
Patrón de DRX del NaNbO3
15
Chi^2/DoF
= 1.21267
R^2
= 0.99086
7
B
20
Data: Data1_B
Model: Gauss
15
6
Tc=1100 C
2θ
B
5
I/Imax (a.u)
0.8
0.0
Micrografía del NaNbO3
4
1.0
I/Imax (a.u)
20
3
Histograma del tamaño del grano BiNN5(ancho)
1.70715
±0.56374
2.9352 ±0.09769
3.66512
±0.23948
83.32557
±6.33637
Para la
F 10
fabricación acertada de una cerámica texturada en la dirección [001] con buenas propiedades piezoeléctricas, una de las
tecnologías más importantes y exitosa en estos momentos, es la preparación de cerámicas orientadas y texturadas tipo placas con la
estructura del BiNN5, que se utiliza como plantilla, o estructura huésped. El método de prensado en caliente no llega a dar una textura tan
5
5
perfecta a un sistema dado como el método RTGG, es por ello que Saito y colaboradores aplicaron el método mencionado para desarrollar
piezocerámicas libres de plomo, utilizando el precursor el BiNN5 y haciéndolo reaccionar con el Na2Co3, de esta manera se produce un
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Histograma del tamaño de grano del NaNbO3
11
12
L (μm)
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Fig. Histograma del tamaño de grano del NaNbO3
obtenidas mediante en método RTGG
CONCLUSIONES
intercambio ionico del Na por el Bi, quedando finalmente el NaNbO3 texturado en la dirección [001].
12
L (μm)
1.-El sistema Bi2.5Na3.5Nb5O18 (BiNN5) es sintetizado , por fundición utilizando NaCl como fundente..
2.- Se realiza un lavado en agua desionizada reiteradas veces, obteniendo el BiNN5.
3.- Usando BiNN5, se hace reaccionar con el Na2Co3, en presencia de NaCl, para formar el sistema texturado NaNbO3, identificadas por el
archivo JCPDS No.33-1270 correspondiente al NaNbO3. Se sintetiza con una reacción topoquímica el NaNbO3, por el intercambio iónico
•Se logra obtener la sal de BiNaNbO18 más texturado y con menos fases presentes
que la reportada en la literatura consultada. El patrón de D.R.X obtenido muestra este
del Na por los cationes Bi del BiNN5, preservando la morfología en la dirección [001], siendo las partículas tipo placas orientadas paralelas
en la dirección mencionada.
hecho,
• Se obtiene la composición NaNbO3 texturado en la dirección [001], pero aún con la
existencia de Bismuto
•Se demuestra analizando la estadística de granos y por el programa Scion Image ,
que los granos correspondientes al BiNN5, son más rectangulares que cuadrados, en
contraposición con otros autores.
•Por primera vez se aplica un procedimiento RTGG en el centro para obtener un
sistema texturado sin aplicar la técnica de prensado en caliente..
Centro de Nanociencias y Nanotecnología,UNAM
Agradecimientos
Bibliografía
Dr. Jorge Portelles, Investigadores , a Ing. Israel Gradilla por los
NATURE/VOL 432/NOVEMBER
2004/www.nature.com/nature
PIEZOELECTRIC CERAMICS, Jafre Bernard, Cook William,
Jaffe Hans, Academic Press Inc. (London)ltd Berkeley
Square House, 1971.
Programa Scion Image.
JCPDS No.33-1270
análisis de SEM yEDS a Eloisa Aparicio por DRX, y a todo el
personal del Centro de Nanociencias y Nanotecnología, a mis
seres queridos y maestros que me apoyaron.
A programa PAPIME PE104005
53
ESTUDIOS POR ESPECTROSCOPIA FOTOELECTRONICA DE
RAYOS X DEL Cr Y Fe EN LOS COMPUESTOS CrO2, FeO Y FeCRO3
Villalobos Ramírez Alberto Eleazar1 Dr. Díaz Hernández Jesús Antonio2 Dr. Duran
Hernández Alejandro C.2
1
Instituto Tecnológico de Morelia, Ingeniería en Materiales, Morelia, Mich., México,
2
Centro de Nanociencias y Nanotecnologías – UNAM, Ensenada, B.C. México.
La estructura tipo ilmenita está presente de manera natural como mineral formado en el
manto de la Tierra a profundidades de aproximadamente 400 km y presiones de 12 a 13 GPa.
La estructura ordenada tipo Ilmenita es una derivación de la estructura desordenada tipo
corindón que se manifiesta por una reducción de la simetría R-3c a una R-3. Esta última
simetría es adoptada en compuestos del tipo A+2B+4X3 y A+B+5X3 cuyos cationes A y B son
de tamaño similar. Esta estructura también puede ser descrita en términos de un arreglos
octaédricos, en donde cada uno de los átomos en el octaedro comparten caras y forman pares
de octaedros separados por una vacante a lo largo del la dirección romboedral (111). El
compuesto prototipo es la ilmenita del tipo FeTiO3 y constituye un mineral importante desde
el punto de vista económico debido al papel que desempeña en la industria de los pigmentos
de titanio.
Las soluciones sólidas del tipo ABO3 son de particular importancia debido a la
dependencia de esta estructura (R-3) con la temperatura, presión y composición ya que éstas
están fuertemente acopladas a sus propiedades electrónicas, magnéticas y ópticas. El
detallado entendimiento de estas fuertes interacciones en la estructura es de fundamental
interés y es de gran importancia en un importante número de procesos comerciales.
El objetivo general de este trabajo es formar una estructura ordenada tipo ilmenita con
composición FeCrO3 partiendo del precursor divalente Fe(II)O y del tetravalente Cr(IV)O2
utilizando presiones del orden de 40 kbar (3950 Atm) y temperaturas del orden de 1000°C.
Un completo entendimiento de las propiedades electrónicas requieren de un cuidadoso
análisis estructural. La caracterización estructural por difracción de rayos-x resulta
sumamente complicada debido a que la estructura tipo corindón (R-3C) es isoestructural a la
estructura tipo ilmenita (R-3) y de manera práctica resulta casi imposible, por esta técnica,
discernir entre una estructura y otra. En este estudio se hizo uso de la espectroscopia de
fotoelectrones de rayos-x (XPS) como herramienta alternativa cuyo objetivo particular es
confirmar la presencia de Cr (IV) y Fe (II). Confirmar estos estados de oxidación por medio
de XPS será una evidencia más de la formación de la ilmenita en el compuesto FeCrO3.
Agradecimientos:
Se le da un especial agradecimiento a todos los doctores participantes en por el apoyo que
nos brindaron a todos los participantes, en especial a mis asesores Dr. Jesús A. Díaz
Hernández y al Dr. Alejandro C. Duran Hernández por los conocimientos transmitidos.
54
ESTUDIOS POR ESPECTROSCOPIA FOTOELECTRONICA DE RAYOS X (XPS) DEL Cr Y
Fe EN LOS COMPUESTOS CrO2, FeO Y FeCRO3
Villalobos Ramírez Alberto Eleazar1, Dr. Jesús Antonio Díaz Hernández2, Dr. Alejandro C
Durán Hernández2.
1Instituto
Tecnológico de Morelia, Ingeniería en Materiales, Morelia, Mich., México, 2Centro de
Nanociencias y Nanotecnologías – UNAM, Ensenada, B.C. México.
INTRODUCCIÓN
DESARROLLO EXPERIMENTAL
SÍNTESIS.
La síntesis del sistema bajo estudio se realizó a altas presiones y altas
temperaturas mediante una prensa tipo “BELT“, esto con el fin de simular
las condiciones existentes en el manto terrestre.
Fig 4. Ilmenita.
Sistema cristalino:
Rombohédrico
Grupo espacial: R-3
Fig 5. Corondón.
•Sistema cristalino: Trigonal
•Grupo espacial: R-3C
MOTIVACIÓN
Con los resultados obtenidos por difracción de rayos-x no es posible
diferenciar la estructura ilmenita (R-3) de la tipo corindón (R-3C), ya que
son isoestructurales, por lo que se tuvo que recurrir a un análisis con
espectroscopia fotoelectrónica de rayos-x (XPS). Con ayuda de esta
técnica es posible diferenciar los estados de oxidación de cada
elemento en la estructura del compuesto FeCrO3 al ir comparando los
espectros obtenidos con los patrones existentes.
RESULTADOS OBTENIDOS
INTENSIDAD (u. a.)
Cr2O3
578.3
Cr (CrO 2 Patron)
Cr (FeCr 2O 4 Espinela)
Cr (FeCrO 3Ilmenita)
CrO2
576.3
CrO2
576.1
578.1
CrO2
576.45
578.5
582
Fig. 2. Celda y partes que simulan las
altas y bajas presiones en la prensa
tipo “Belt”
Presión Máxima: 80 kbar
Temperatura máxima: 1350 C
Transmisor de Presión: Pirofilita
Fig. 1. Prensa tipo“BELT”*.
+2
+4
Fe O + Cr O2
Δ =1000 C
⇒
P = 40 Kbar
FeCrO3 + FeCr2O4
RAYOS-X.
Muestra Problema (ilmenita o corindón)
580
578
576
574
572
Fe (FeCr2O4 Espinela)
Fe (FeCrO3 Ilmenita)
Fe (FeO Patrón)
Fe2O3
711.1
713.5
INTENSIDAD (u. a.)
La estructura tipo ilmenita está presente de manera natural como mineral formado en el
manto de la tierra a profundidades de aproximadamente 400 km a presiones de 12 a 13
GPa.
La estructura ordenada tipo Ilmenita es una derivación de la estructura desordenada tipo
corindón que se manifiesta por una reducción de la simetría R-3C tipo corindón a una
simetría R-3 tipo ilmenita, ésta última simetría es adoptada en compuestos del tipo
A+2B+4X3 y A+B+5X3 cuyos cationes A y B son de tamaño similar. El compuesto prototipo
es la ilmenita del tipo FeTiO3 y constituye un mineral importante desde el punto de vista
económico debido al papel que desempeña en la industria de los pigmentos de titanio.
Las soluciones sólidas del tipo ABO3 son de particular importancia debido a la
dependencia de esta estructura (R-3) con la temperatura, presión y composición ya que
éstas están fuertemente acopladas a sus propiedades electrónicas, magnéticas y
ópticas. El detallado entendimiento de estas fuertes interacciones en la estructura es de
fundamental interés y es de gran importancia en un gran número de procesos
comerciales.
El objetivo particular de este trabajo es caracterizar la estructura Fe+2Cr+4O3 por medio
de espectroscopia fotoelectrónica de rayos-x, ya que el análisis por difracción de rayos-x
resulta poco eficiente para corroborar el verdadero grupo espacial (R-3 tipo ilmenita o R3C tipo corindón.
712.3 eV
FeO
709.98 eV
FeO
709.4 eV
711.6 eV
718
716
714
ENERGIA DE ENLANCE (eV)
712
710
708
706
704
ENERGIA DE ENLACE (eV)
Fig. 6. Espectros obtenidos por medio de la Espectroscopia
Fotoelectrónica de rayos-x
•Se encontró que la energía de enlace del Cr en el CrO2 y el
FeCrO3 es 576.5 eV, que coincide con la energía de enlace del
Cr+4 (ref. 4), con lo que se confirma la posible formación de una
estructura tipo ilmenita.
•Asimismo, las energías de enlace correspondientes al Fe en el
FeO y FeCrO3 (~ 709.3 eV) muestran que el hierro se encuentra en
el estado de oxidación Fe(II) (Ref. 5).
•Estos resultados señalan que la reacción de formación:
Fe + 2 O + Cr
+4
Δ = 1000 C
O2
⇒
P = 40 Kbar
FeCrO
3
+ FeCr 2 O 4
Se llevó a cabo
CONCLUSIONES
Fig. 3. Patrón de difracción del compuesto FeCrO3 y Fe2CrO4
En el espectro superior se muestra el FeCrO3 y una pequeña impureza
que ha sido identificada como Espinela del tipo Fe2CrO4 (x). El espectro
inferior muestra la espinela Fe2CrO4, la cual; a manera de comparación
concuerda con la impureza presente durante la síntesis del compuesto
FeCrO3.
El estudio por XPS se llevó a cabo en un sistema Riber LDM-32 con
facilidades de XPS con un analizador CAMECA 3. Los espectros fueron
tomados utilizando un ánodo de aluminio (1486.6 eV) con una resolución
de 0.8 eV y paso a 0.2 eV.
Agradecimientos:
•Al Dr. Jesús Antonio Díaz Hernández por su ayuda en la obtención de los espectros XPS.
•Al Dr. Alejandro Durán Hernández por su gran ayuda en la preparación de muestras y por el conocimiento transmitido en cada
explicación.
•Al Prof. M. A. Alario Franco de la Universidad Complutense de Madrid, España.
•Al CNyN por esta gran oportunidad que me ha brindado para ampliar más mi conocimiento con la ayuda de los mejores doctores
especializados en mi campo de estudio.
•Proyecto PAPIME No. PE104005
•Se lograron preparar CrO2, FeO y FeCrO3 por el método de reacción
en estado sólido a altas presiones y altas temperaturas.
•La caracterización estructural por difracción de rayos-x resulta
sumamente complicada, debido a que la estructura tipo corindón (R-3C)
es isoestructural a la estructura tipo ilmenita (R-3).
•La espectroscopía de fotoelectrones de rayos-x (XPS) confirmó la
presencia de Cr(IV) y Fe (II) en la muestra CrO2 y FeCrO3.
•Los estados de oxidación captados por medio de XPS fueron una
evidencia de la formación del compuesto FeCrO3 con una estructura
tipo ilmenita.
Referencias.
[1] Handbook of X-ray photoelctron spectroscopy. Jhon F. Moulder, William F. Stickle, Peter E. Sobol, Kenneth D. Bomben
[2] http://www.webmineral.com/data/Ilmenite.shtml
[3] Electronic properties of field aligned CrO2 powders D. Tripathy, A.O. Adeyeye
[4] Isao Ikemoto, Kikujiro Ishii, Shuichi Kinoshita, Haruo Kuroda, M. A. Alario Franco and J. M. Thomas. “X-Ray Photoelectron Spectroscopic
Studies of CrO2 and Some Related Chromium Compounds. J. of Solid State Chemistry 17, 425-430 (1976)[*] Universidad Complutense de
Madrid. Laboratorio Complutense de Altas Presiones, Madrid, España.
[5] O. Bonino, O. Dugne, C. Merlet, E. Gat, Ph. Holliger, M. Lahaye. “Studyof surface modification of uranium and UFe2 by various surface
analysis techniques”. Journal of Nuclear Materials, Volume 294, Issue 3, April 2001, Pages 305-314
55
Estudio de Ti-Al-N espectroscopia de electrones Auger
A. Mancera 1 , W. De La Cruz 2, Gabriel Peña 3
1
Universidad Autónoma de Baja California, Facultad de Ciencias, Ensenada B.C., México
2
Centro de Nanociencia y Nanotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México,
Ensenada, B.C., México
3
Universidad Francisco de Paulo Santander, Cúcuta, Colombia
El Nitruro de Titanio (TiN) es uno de los materiales que se usan más frecuentemente para
revestimientos duros y delgados (de aproximadamente 5 µm) así como para el recubrimiento
uniforme de la porosidad de algunos materiales. Se utiliza en la elaboración de herramientas
de corte para el mejoramiento de su resistencia al desgaste.
Por otra parte, la espectroscopia de electrones Auger (por sus siglas en inglés
AES) es una técnica de superficie usada para el análisis elemental que provee: alta
sensibilidad, monitoreo de la superficie durante la limpieza de la muestra, además de la
cuantificación de ésta.
El objetivo del trabajo fue determinar si el nivel de profundidad al que fue implantado el
Nitrógeno era el mismo en las muestras de Ti-Al, tanto para el sistema de aleación como para
el sistema de multicapas.
Se analizaron muestras de Ti-Al-N por espectroscopia de electrones Auger; el Nitrógeno de
las muestras fue introducido por medio de un implantador de iones, este trabajo fue realizado
en la Universidad Francisco de Paulo Santander, Colombia. Para determinar el nivel de
profundidad de las muestras se utilizó la metodología de perfil de concentración, con una
energía cinética de los iones de Argón de 5keV.
Se encontró que el nitrógeno implantado siempre entra a formar un compuesto ternario de TiAl-N independientemente si la muestra es de multicapas Ti-Al o es una aleación Ti-Al.
El sistema de multicapas pierde su estructura cuando es implantado con nitrógeno, formando
el compuesto Ti-Al-N
El nitrógeno tiene un mayor nivel de penetración en sistemas de aleaciones que en sistemas
de multicapas.
Agradezco al Proyecto PAPIME No. PE104005, al Dr. Wencel de la Cruz y al CNyN por
permitirme colaborar una vez más con él.
Centro de Nanoiencias y Nanotecnología UNAM
56
Estudio de Ti-Al-N por espectroscopia
de electrones Auger
A. Mancera 1 , W. De La Cruz 2, Gabriel Peña 3
Universidad Autónoma de Baja California, Facultad de Ciencias, Ensenada B.C., México
2 Centro de Nanociencias y Nanotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México, Ensenada, B.C., México
3 Universidad Francisco de Paulo Santander, Cúcuta, Colombia
1
Introducción
El Nitruro de Titanio (TiN) es uno de los materiales que
se usan más frecuentemente para revestimientos
duros (de aproximadamente 5 µm) así como para el
recubrimiento uniforme de la porosidad de algunos
materiales. Se utiliza en la elaboración de
herramientas de corte para el mejoramiento de su
resistencia al desgaste.
Por otra parte, la espectroscopia de electrones
Auger
(por
sus
siglas
en
inglés
AES) es una técnica de superficie usada para el
análisis elemental que provee: alta sensibilidad,
monitoreo de la superficie durante la limpieza de la
muestra, además de la cuantificación de ésta.
Objetivo
Resultados
Determinar si el nivel de profundidad al que fue
implantado el Nitrógeno es el mismo en las muestras
de Ti-Al.
e-
d{E*N(E)}/dE
340
0
200
400
600
360
380
400
420
800
440
350
460
1000
200
Energía cinética (eV)
100
Al
C
N
Ti
a
80
60
40
20
20
40
60
80
N
a
b
1000
b
60
40
20
20
40
60
80
100
120
Tiempo de erosión (min)
Figura 4 – Perfiles de concentración obtenidos para (a) la muestra multicapa
y (b) la muestra de aleación
Al
Ti
Al-Ti-N
Al-Ti-N
Al
Ti
Ti - Al
SUSTRATO
Al
C
N
O
Ti
80
0
100
Tiempo de erosión (min)
N
450
800
0
0
Las muestras son esquematizadas en las siguientes
figuras.
400
600
Figura 3 – Espectros típicos de Auger para las muestras de Ti-Al-N (a) antes
de obtener el perfil de concentración y (b) después de obtener el perfil de
concentración.
0
Figura 1 – Diagrama de la erosión
400
Energía cinética (eV)
Concentración atómica (%)
Ar+
Ti-Al+N post-perfil
b
d{E*N(e)}/dE
Se
analizaron
muestras
de
Ti-Al-N
por
espectroscopia de electrones Auger; el Nitrógeno de
las muestras fue introducido por medio de un
implantador de iones, la implantación fue realizado
en la Universidad Francisco de Paulo Santander,
Colombia. Para determinar el nivel de profundidad
de las muestras se utilizó la metodología de perfil de
concentración, con una energía cinética de los
iones de Argón de 5keV.
Concentración atómica (%)
Metodología
Ti-Al+N pre-perfil
a
SUSTRATO
Al-Ti
SUSTRATO
SUSTRATO
Figura 2 – (a) Sistema multicapas y (b) Sistema de aleación
Conclusiones
*-* El Nitrógeno siempre entra a formar un compuesto
ternario de Ti-Al-N independientemente si la muestra es
de multicapas Ti-Al o es una aleación Ti-Al.
*-* El sistema de multicapas
pierde la estructura
cuando es implantado con Nitrógeno, formando el
compuesto Ti-Al-N
*-* El Nitrógeno tiene un mayor nivel de penetración en
sistemas de aleaciones que en sistemas multicapas.
Figura 5 – Esquema propuesto a partir de los resultados de perfil de
concentración para: (a) el sistema multicapas y (b) el sistema de aleación.
Referencias
Handbook of Auger Electron Spectroscopy, Lawrence Davis et al.
C. Bonnet et al. International Journal of machine tools and manufacture 48
(2008) 1211-1223
Agradecimientos
*-* Proyecto PAPIME No. PE104005
*-* Al CNyN por permitirme colaborar una vez más con él.
*-* A toda la gente que día a día hace posible que siga en este camino.
57
Condensadores Ferroeléctricos
María de Lourdes Arellano Castrejón, Jesús Heiras
Instituto Tecnológico de Chihuahua, Av. Tecnológico N°2909, Chihuahua, Chih.
Centro de Nanociencias y Nanotecnología-UNAM, Ensenada, B.C.
La tecnología de condensadores no-lineales es una industria muy floreciente,
estimulante e importante, ya que impacta casi todos los aspectos de nuestra vida cotidiana.
De hecho constituyen el fundamento de las computadoras modernas ya que se utilizan para
las memorias dinámicas de acceso aleatorio (DRAMs). El conocimiento de los principios
básicos que rigen el funcionamiento de estos dispositivos es imprescindible para muchos
profesionistas tanto ingenieros como científicos relacionados de alguna manera con
dispositivos ferroeléctricos.
En este trabajo se ha instalado un equipo comercial que consiste de un circuito y un
programa de cómputo que permite realizar mediciones de condensadores no-lineales.
Reportamos los resultados de diferentes medidas realizadas tales como medidas de lazos de
histéresis ferroeléctrica (P vs V) y de capacitancia, realizadas en un condensador (placas
paralelas), que consiste de una película muy delgada de PZT (Titanato y Zirconato de Plomo)
con electrodos de platino.
Se presentan algunos resultados de las mediciones realizadas y algunos ejemplos del
manejo de datos que son posibles con el programa de cómputo. Se observó que la
capacitancia para un condensador de PZT es altamente no-lineal.
Se agradece el apoyo a el proyecto PAPIME N° PE104005 y al proyecto IN114207. También se
agradece a Margot Sainz y Alma Valenzuela por su apoyo.
Bibliografía:
¾ Physics and theory of ferroelectrics (Radiant EDU)
¾ Experiments (Radiant EDU)
¾ Physics (Vol.2), R.Resnick, D.Halliday, K.Krane, Wiley, N.Y.(1992)
58
Condensadores Ferroeléctricos
María de Lourdes Arellano Castrejón, Jesús Heiras*
Instituto Tecnológico de Chihuahua
*Centro de Nanociencias y Nanotecnología, UNAM
Resumen: Se reportan los resultados de medidas realizadas con un circuito y un programa comercial (Radiant Edu). Se midieron curvas de Polarización (P) vs Voltaje (V) de donde se
infirieron los valores de capacitancia (fuertemente no-lineal) de un condensador de PZT. Con este mismo programa se pueden manipular las gráficas, obteniendo así diferentes tipos de
mediciones como la de Capacitancia Normalizada vs Voltaje ó Polarización vs Tiempo, entre otras, que nos permite tener una mejor comprensión de los conceptos básicos de la
ferroelectricidad.
Histéresis eléctrica:
9Se presenta en materiales ferroeléctricos
9Muy similar a la histéresis magnética
9Se origina por el efecto de los dipolos
eléctricos
Introducción:
En los últimos años la investigación sobre los materiales
ferroeléctricos ha tenido mucho auge debido a la gran diversidad
de aplicaciones tecnológicas que tienen; en este trabajo se
enumeran algunas aplicaciones de estos materiales y se
muestran mediciones hechas en un condensador con un material
ferroeléctrico.
Procedimiento:
Conceptos Básicos:
•Condensador:
Dispositivo
que
guarda
energía en un campo electrostático; existen
dos tipos de condensadores: lineales y nolineales.
•Ferroeléctrico: Es aquel material que
presenta polarización eléctrica espontánea
que puede ser invertida mediante la aplicación
de un campo eléctrico.
En este trabajo se realizaron diferentes tipos de mediciones con ayuda del
Radiant Edu, el cual manda un tren de voltaje (triangular, sinusoidal) y
mida esencialmente la carga. El programa puede manejar los parámetros
de la señal de entrada y permite graficar diferentes variables.
Usos de los condensadores:
Para producir campos eléctricos, construcción de
circuitos eléctricos, transformar y recibir señales
de radio y TV, fundamentales para componentes
osciladores electromagnéticos, memorias para
computadoras, ultrasonidos, detectores de
incendios, micrófonos, cámaras infrarrojas, etc.
C=
keε 0 Área
t
(para un condensador de placas
paralelas, separadas por un dieléctrico
de espesor ”t”)
En esta gráfica se observa el primer y
segundo lazo de histéresis. Notamos
que el primer lazo está incompleto, esto
se origina a que el condensador no está
totalmente polarizado. El segundo lazo
se muestra desplazado en la parte
positiva y se debe a la polarización
remanente de la primera prueba.
Estas figuras muestran la centralización de una gráfica (lazos simétricos)
Una ventaja de la centralización es que las mediciones muestran simetría en
todos los lazos de histéresis y pueden compararse condensadores con
diferentes dieléctricos .
Nested Loops
[AB White]
70
60
50
Polarization (µC/cm2)
Ecuación de capacitancia:
Resultados:
40
30
20
10
0
-10
-150
-100
-50
0
Field (kV/cm)
50
100
150
Tabla de constantes dieléctricas:
MATERIAL
CONSTANTE DIELÉCTRICA
ke
Vacio
Aire seco a 1atm
Baquelita
Cuarzo fundido
Vidrio
Policarbonato
Teflón
Caucho
Titanato de estroncio
Papel
Agua
Mica
Mylar
Aceite de transformador
PZT(Radiant Edu)
1.00000
1.00059
4.9
3.78
5-10
2.8
2.1
6.7
233
3.7-7
80
3-9
3.1
2.24
2900
Dipolos eléctricos:
Se originan cuando un átomo
está sujeto a un campo eléctrico
externo, entonces los electrones
se desplazan un lado y los
protones hacia el otro. Existen
materiales con dipolos eléctricos
permanentes en los que el centro
de carga positiva y negativa no
coinciden.
Los dipolos son colocados en progresión temporal; donde en
el punto pico del voltaje la polarización es máxima y en
sentido contrario; el voltaje llega a cero al principio y final de
la prueba. También se indica la orientación de los dipolos del
condensador, conforme se invierten, debido al cambio de
signo del voltaje.
En esta figura se muestra un lazo de histéresis de 5V
graficando Polarización vs. Campo Eléctrico. Con los
mismos datos se cambia la gráfica a Capacitancia
normalizada vs. Voltaje, donde podemos ver la
variación de la pendiente. La capacitancia normalizada
es la cantidad de capacitancia que existe si se tiene un
cm ^2 como área.
Conclusiones y Resultados finales:
•Los materiales ferroeléctricos se han ido mejorando día con día, lo que a su vez incrementa el avance
tecnológico.
•El material ferroeléctrico PZT tiene propiedades únicas que lo hacen muy importante para aplicaciones.
•Los materiales no-lineales (como los ferroeléctricos) tienen una gama de posibles aplicaciones mucho
más amplia que los lineales.
•Siempre hay cosas nuevas que aprender
Agradecimientos:
Bibliografía:
Dr. Heiras, muchas gracias por haber sido mi tutor es un
halago trabajar con usted, me llevo un muy buen
recuerdo y un cachito de su sabiduría.
Margot Sainz y Alma Valenzuela muchas gracias por su
apoyo y amistad.
Al proyecto PAPIME N° PE104005 y al proyecto IN114207
A todos mis compañeros que hicieron de este verano una
experiencia inolvidable.
¾Physics and theory of
ferroelectrics (Radiant EDU)
¾Experiments Radiant EDU
¾Physics (Vol.2)
R.Resnick,D.Halliday,K.Krane
J.L.Wiley, N.Y.(1992)
INDICE
A
Arellano Castrejón, María de Lourdes
Arévalo Ballesteros, Cristian Alfredo
Institución
Página
Inst. Tec. De Chihuahua
Univ. de Guadalajara
59,60
1,2
Univ. Michoacana
Univ. de Sonora
3,4
5,6
Castañeda Cisneros, Josué
Castro Ocampo, Ernesto Hernán
Prep. Lázaro Cárdenas Tij.
7,8
9,10
D
Del Carmen Domínguez, María Azucena
UABC Ensenada
11,12
E
Espinoza Hernández, Jaseth Ramón
CBATiS 41
F
Franco Villafañe, John Alexander
Univ. del Valle (Colombia)
13,14
G
Gabaldón Saucedo, Ismael Alberto
Gil Rodríguez, Esteban Rafael
Gómez Benavides, Eduardo
Guerrero Salmerón, Aldo Alan
Univ. Aut. Chihuahua
Telesecundaria #83, Ens.
Esc. La Corregidora, Ens.
UABC Ensenada
15,16
H
Huerta Verde, Aldo Josué
Fac. De ciencias de la UNAM
21,22
L
Lizárraga López, Iris Alejandra
Loya Tafolla, Claudia Ivonne
Lozano Mares, Rosa Elena
Univ. Michoacana
23,24
25,26
27,28
M
Mancera Flores, María Anaïs
Martín Martín, Oscar Oswaldo
Meza Godínez, Jazmín Margarita
UABC Ensenada
Univ. Guadalajara
55,56
29,30
31,32,35,36
O
Olazaba García, José de Jesús
33,34
P
Pineda Martínez, Elmer
Univ. Michoacana
31,32,35,36
B
Bedolla Valdez, Zaira Itzel
Biberos Méndez, Alejandro
C
17,18
19,20
Ponce Cazares, Marcela Sarahí
Posadas Borbón, Atenas
Inst.Voc. Enrique Díaz de León
Univ.de Sonora
37,38
39,40
R
Ramírez Solís, Sergio
Ramos Muñiz, Victoria
Ríos Murillo, Patsy Mabel
Rivera Lopez, Susana Sandra
Rodríguez Jiménez, Rubén
Univ. Michoacana
UABC Ensenada
UABC Ensenada
UABC Tijuana
41,42
27,28
43,44
S
Santaella Ortega, Arturo Alonso
Prep. Lázaro Cárdenas Tij.
U
Uribe Martínez, Martin Alonso
Univ.de Guadalajara
47,48
V
Vargas Guzmán, Sergio Mario
Velardi Monroy, Estefanía
Villalobos Ramírez, Alberto Eleazar
Univ. Guadalajara
COBACH ens.
Inst. Tec. de Morelia
49,50
51,52
53,54
45,46

Memoria Jóvenes a la Investigación 2008 - CNyN

Transcription

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