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PROGRAMA ACADÉMICO INSTITUCIONAL DE NANOTECNOLOGIA
****
PRINATEC
Coordinador: Dr. Daniel Glossman-Mitnik
UAMUAM
BUAP
CIATEC
CIMAV
CIQAUANL
UNISON
UNAM
IMP
UNAM
IMP
IPNIPN
CINVESTAV-DFCINVESTAV-DF
CINVESTAV-QROCINVESTAV-QRO
IPICYT
UASLP
Principales centros de investigación en México con actividades en Nanociencia y/o Nanotecnología
PRINATECPRINATEC
• En el CIMAV una parte importante de los investigadores realizan actividades relacionadas con Nanotecnología• En el 2006 y 2007, cerca del 78% de las publicaciones estuvieron relacionadas con Nanotecnología, esperándose un incremento para el 2008•Proyectos vigentes de investigación y vinculación con la industria relacionados con Nanotecnología•Infraestructura actual adecuada, necesidad de mejora
• Creciente actividad mundial
• Reducir rezago tecnológico
• Explorar mercados potenciales
• Necesidad de recursos humanos especializados
Objetivo• Ser líderes nacionales y con reconocimiento internacional en Nanociencia y Nanotecnología
( Nanoagregados, Nanoestructuras y Nanocompuestos)
• Contratación de líderes mundiales en el área• Renovación de equipo • Convenio con UT-Austin en Nanotecnología• Laboratorios Binacionales México-USA, México-Alemania (Nanotecnología)• Consorcio de Nanotecnología• Convenio CIMAV – SUNY/Albany• Presentación a distintas Convocatorias (Programa Estratégico, Laboratorio Nacional, Iniciativa Nacional NANOMEX)• Arizona State University – North America Nanocluster Initiative
Programa Institucional de Nanotecnología
Programa Académico Institucional
de Nanotecnología• Simulación Computacional de la Estructura y
Propiedades Moleculares de Nanomateriales• Nanotecnología Computacional (CAN)• Síntesis de Materiales Nanoestructurados• Caracterización Química y Física de
Nanoestructuras• Aplicaciones Industriales de la
Nanotecnología
DFT Teóricay Conceptual
Inhibidores dela Corrosión
Fármacos, Alimentosy Agroquímicos
Nanoelectrónica Molecular y
Nanobiosensores
CatálisisNanomolecular
Nanomateriales paraAlmacenamiento y
Conversión de Energía
Nanoagregados Metálicos yMoleculares
Nanomateriales Moleculares Funcionales
Química Modelo CHIH-DFT
Azatiofenos Fullerenos
Nanotubos
NanomaterialesMolecularesFuncionales
Síntesis e
Incorporación de
Puntos Cuánticos en
Matrices Poliméricas
via Polimerización en
Mini-Emulsión:
Desarrollo de una
Nueva Generación de
Sensores de
Hidrocarburos
Síntesis e
Incorporación de
Puntos Cuánticos en
Matrices Poliméricas
via Polimerización en
Mini-Emulsión:
Desarrollo de una
Nueva Generación de
Sensores de
Hidrocarburos
Polymer chain
Particle
Polymer chain
Particle
Composite
Nanocomposite
Polymer
Nanoparticles
+
Nanocompósitos formados por nanopartículas de Ag/carbono y PMMA
Nanocompósitos formados por nanopartículas de Ag/carbono y PMMA
LATEX PMMALATEX PMMA LATEX NanocompósitoLATEX Nanocompósito
ESTUDIO TEÓRICO DE AGENTES DE TRANSFERENCIA
EMPLEADOS PARA LA POLIMERIZACIÓN VÍA RAFT,
SIMULADOS A PARTIR DE DFT
En ausencia de un campo magnético
En presencia de un campo magnético
Fluidos magnéticos
La estabilidad del fluido magnético es superior a los dos años
NanoagregadosMetálicos yMoleculares
Producción y Caracterización
de Materiales Compuestos de Nanotubos de
Carbón y Aluminio
Compuestos Intermetálicos YCo5
Materiales magnéticos basados en SmCo5 se usan en las industrias del Materiales magnéticos basados en SmCo5 se usan en las industrias del automóvil, electrónica y otras varias. YCoautomóvil, electrónica y otras varias. YCo55 podría ser una altenativa competitiva. podría ser una altenativa competitiva.
Aplicaciones:
Nanopartículas de ZnFe2O4
Otras nanopartículasOtras nanopartículas• Sílica• Alúmina• Nanotubos de carbono• Óxidos de níquel • Arcillas• Ferritas magnética• CdSe
• Sílica• Alúmina• Nanotubos de carbono• Óxidos de níquel • Arcillas• Ferritas magnética• CdSe
Inhibidores dela Corrosión
Fármacos, Alimentosy Agroquímicos
Simulación computacional de la estructura y propiedadesmoleculares de compuestosantichagásicos unidos afullerenos
Fondo Sectorial SALUD-CONACYT
Simulación Computacional de la
Estructura y Propiedades
Moleculares de Flavonoides de
Manzana Unidos a Fullerenos y Nanotubos
de Carbono
Simulación computacional de la estructura y propiedades moleculares de precursores de esteroides obtenidos a partir de papa
• Fondo Sectorial SAGARPA • Simulación computacional de la
estructura y propiedades moleculares de solanina y solanidina
Estudio Computacional de la Estructura y Propiedades Moleculares de Derivados del C60 de uso en Nanomedicina
• Descubrimiento de los derivados de C60 solubles en agua de aplicación en nanomedicina
• Caracterización molecular computacional de derivados de fullerenos sintetizados recientemente.
• Determinación de estructura, propiedades moleculares, características espectroscópicas (IR, UV, NMR) y reactividad química.
• Teoría de los funcionales de la densidad (DFT).
• Espectros IR, UV Y NMR.• Resultados de distintas propiedades
eléctricas, magnéticas y ópticas.• Estudio de la reactividad química de
las moléculas estudiadas para determinar sus sitios activos de reacción.
Figura 1.
Modelado computacional de la estructura y propiedades moleculares de compuestos antituberculosos unidos a fullerenos y nanotubos de carbono
CatálisisNanomolecular
NANOCATALIZADORES
HAS-MoSxCyHAS-MoSxCy
(High Adsorptive Sulfur)(High Adsorptive Sulfur)
NanoelectrónicaMolecular y
Nanobiosensores
Cuando el fluoroforo y el interruptor están unidos la sonda es obscura, pero cuando hibridan con la cadena de DNA que contenga la secuencia blanco fluorescen brillantemente.
FAROS MOLECULARES
TAMU
Estudio por Dinámica Molecular de monocapas autoensambladas de moléculas orgánicas sobre superficies metálicas
Semiconductores Orgánicos para Nanoelectrónica y NANOMELFOS
DFT Teóricay Conceptual
Nanotecnología Computacional (CAN)• Diseño de Nanomateriales con Ayuda de Computadoras
• Caracterización Computacional de la Estructura Molecular de los Nanomateriales
• Predicción de los Espectros IR, Raman, UV-Vis y RMN de las Nanoestructuras
• Determinación de las Propiedades Eléctricas y Magnéticas de los Nanomateriales
• Simulación Computacional de las Propiedades Termoquímicas de los Nanomateriales en Fase Gaseosa, Sólida y Solución
• Análisis de la Reactividad Química de los Nanomateriales
• Simulación de Procesos Químicos y Físicos de Nanoestructuras
Nanomateriales paraAlmacenamiento y
Conversión de Energía
Simulación Computacional de la Estructura y
Propiedades Moleculares de NANOMELFOS
********Nanomateriales Emisores
de Luz y Fotovoltaicos Orgánicos
• Nanomateriales para dispositivos fotovoltaicos orgánicos (OPVs)
• Electroluminiscencia orgánica – (OLEDs)
• Baterías de iones de litio-polímeros
• Membranas de intercambio protónico para celdas de combustible (PEM Fuel Cells)
Simulación computacional de la estructura y propiedades moleculares de nanomateriales potencialmente
útiles para la
fabricación de celdas solares y dispositivos fotovoltaicos
La mayoría de las celdas solares usadas en las aplicaciones terrestres son celdas solares mono o policristalinas cristalinas de silicio. Sin embargo, no es posible esperar una reducción drástica del coste de la celda y el aumento en la eficiencia de la conversión usando los materiales y las estructuras de las celdas solares convencionales. Por otra parte, se predice en el futuro cercano una escasez del silicio de gran pureza debido a los requisitos de la industria de la microelectrónica. Por lo tanto, es necesaria la investigación y el desarrollo de celdas solares con coste de producción bajo, alta eficiencia de la conversión y un bajo consumo de la materia prima.
Un concepto importante para alcanzar esta meta es utilizar materiales nanoestructurados en lugar de los materiales en bulto. Las motivaciones para emplear nanoestructuras en las celdas solares se dividen en gran parte en tres categorías: 1.- Para mejorar el funcionamiento de las celdas solares convencionales. 2.- Para obtener una eficiencia relativamente alta de la conversión a a partir de materiales baratos con bajo coste de producción y bajo consumo de energía.3.- Para obtener una eficiencia de la conversión mayor que el límite teórico para la celda solar convencional de juntura p-n.
• Semiconductores orgánicos
• Buena procesabilidad• Bajo costo
APLICACIONESOPTOELECTRÓNICAS
POLÍMEROS CONJUGADOS
FULLERENOS
N
C12H25O
C12H25O
Me
C60-3PV
ITO Al
Photocurrent
h
e-
e-
e-
e-
El óxido de zinc (ZnO) tiene un gran potencial de aplicación debido a sus diversas características físicas y químicas. La amplia brecha de energía de 3.2 eV lo hace muy conveniente para los dispositivos optoelectrónicos, incluyendo detectores UV, los fotocatalizadores, los diodos laser y los dispositivos electroluminiscentes (LEDs).
En el siglo XXI estamos observando una gran revolución en la manera en que la información se muestra electrónicamente. Las pantallas electroluminiscentes orgánicas basadas en OLEDs sobre substratos rígidos o flexibles están llamadas a desempeñar un papel significativo o quizás fundamental en el área de las pantallas de panel plano.
Química Computacional de la Estructura y Propiedades Moleculares de Polímeros Conjugados Electroluminiscentes
Las baterías de iones de litio-polímeros son uno de los grandes éxitos de la moderna electroquímica de los materiales. Su ciencia y tecnología han sido extensamente reportadas.
Sin embargo, para las nuevas generaciones de las baterías recargables de iones de litio-polímeros, no solamente para los artículos de consumo electrónicos, pero especialmente para el almacenaje y el uso de energía limpia en vehículos eléctricos híbridos, es necesario el desarrollo de nuevos materiales. Una camino que ya se está abriendo es el del uso de nanomateriales para este tipo de baterías.
Existe un gran consenso en que las celdas de combustible que utilicen membranas de intercambio protónico basadas en electrolitos poliméricos jugarán un papel muy importante como fuente de energía en un futuro cercano. Las celdas de combustible proveerán energía para automóviles y camiones, electricidad para dispositivos, y permitirán el calentamiento y enfriamiento de casas y comercios.
La membrana de intercambio protónico es el componente clave de una celda de combustible, debido a que solamente las membranas extremadamente estables pueden soportar el medio físico y químico agresivo, que incluye catalizadores basados en metales nobles, temperaturas que pueden exceder los 100°C, combustibles agresivos y sus productos de oxidación parcial, oxidantes agresivos y la formación de radicales altamente reactivos.
El alto costo y la baja calidad ambiental de los polímeros fluorados que se utilizan generalmente en las membranas de intercambio protónico de las celdas de combustible, hacen urgente la necesidad de desarrollar nuevos polímeros para este uso. Los estudios teóricos y computacionales pueden ser de gran ayuda para proveer a los experimentalistas de ideas acerca de las posibles rutas de degradación, y así probar y corregir los modelos relacionados con la reducción de actividad, al mismo tiempo que servir de guía para la síntesis de nuevos nanomateriales poliméricos.
Baterías de Iones de Litio-Polímeros
Electroluminiscencia Orgánica - OLEDs
Celdas de CombustiblePEM
Fotovoltaica OrgánicaOPVs
Nanomateriales para Almacenamiento y
Conversión de Energía
Consorcio de Nanotecnología CONACYT
Propuestas de investigación y desarrollo tecnológico con grupos industriales privados como:
• DESC• MABE• GCC• IMSA• COMEX
COMEX• Modelado computacional de nuevos
cromóforos para su utilización en pinturas
• Simulación computacionalde las constantes de velocidad y lasrelaciones de reactividad de diferentes monómeros de uso frecuente en la industria de pinturas
• Simulación computacional de la solubilidad del complejo Co[(Etilendiamino) (2 Etilhexanoato)2]
en una mezcla de disolventes
PROLEC
• Búsqueda del estado del arte en nanotecnología con posibles aplicaciones a transformadores eléctricos de potencia
Convenios con instituciones académicas de USA
• UT – Austin
• SUNY – Albany
• Arizona State University
• Optoelectrónica y Nanofotónica
• Sensores Químicos
• Nanoestructuras de Carbono
• Nanopartículas, especialmente para su aplicación en procesos metalúrgicos
• Simulación Computacional de Nanoestructuras
The University of Texas at Austin• Desarrollo de nuevos materiales para celdas de combustible
• Nanotecnología computacional
• Caracterización mecánica y microestructural de nanocompósitos basados en aluminio
CINT Users Workshop, Albuquerque, NM, January 2006
Maestría y Doctorado enCiencia de Materiales - Orientación Nanotecnología
• Introducción a la Nanotecnología• Introducción a la Nanobiotecnología• Aplicaciones de la Nanotecnología
Computacional• Ciencia y Tecnología de los
Nanocompuestos• Química Computacional para
Nanotecnología• Química Supramolecular• Nanoelectrónica Molecular
De los 36 estudiantes graduados durante el 2007 y lo que va del 2008, el 80% de los mismos, esto es, 29 estudiantes han presentado una Tesis de Maestría o Doctorado relacionada con alguno de los Temas de Investigación en Nanotecnología desarrollados en el CIMAV.
Muchas gracias por su atención !!!
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