MATERIALES AVANZADOS 19.pdf

Grafeno un material con potencial para la tecnologiacutea electroacutenica del futuro Procesamiento de aleaciones semiconductoras Ga(In)N

Hidroacutexidos dobles laminares liberadores de moleacuteculas bioloacutegicas activas

Hacia la nanociencia verde nanomateriales nanoproductos y nanorresiduos

Depoacutesito de nanomateriales sobre fibras oacutepticas

MaterialesAvanzadosIS

SN 1

665-

7071

ANtildeO

10

19

Ago

sto

de 2

012

Instituto de Investigaciones en Materiales UNAM

Materiales Avanzados 2012 1

Continuando con el propoacutesito de nuestra revista que es el de dar a conocer algunas de las investigaciones que se realizan en el marco de la ciencia e ingenieriacutea de materiales les presentamos nuestro nuacutemero 19 que incluye artiacuteculos que como ya es habitual re-sumen trabajos relacionados con los materiales que interesan en aacutereas muy diferentes de la ciencia

En este nuacutemero de Materiales AvanZados se presentan cinco artiacuteculos Uno de ellos estaacute dedicado a mencionar las propiedades baacutesicas y sobre todo las aplicaciones maacutes recientes y las previstas para el futuro de un material muy interesante el grafeno En otro ensayo nuestros colegas hablan de un tema muy actual las celdas solares por supuesto que trataacutendose de nuestra revista el artiacuteculo estaacute enfocado a los materiales maacutes novedosos involucrados en este tema Un texto maacutes presenta las alianzas posibles entre materiales hospedadores y materiales hueacutespedes para formar los nuevos ma-teriales hiacutebridos que la industria meacutedica reclama actualmente Para nuestros lectores interesados en las nanoestructuras incluimos un artiacuteculo que describe un meacutetodo novedoso para hacer crecer na-noestructuras sobre fibras oacutepticas mediante la presioacuten de radiacioacuten Y ya que estamos en el tema de las nanoestructuras les presentamos un artiacuteculo que se puede tomar como una reflexioacuten sobre el uso de los nanomateriales y sus consecuencias

Materiales AvanZados se elabora gracias a la participacioacuten de to-dos los autores que escriben sobre sus investigaciones y a los miem-bros del Comiteacute Editorial pero tambieacuten es invaluable el trabajo de nuestros revisores y amigos que nos apoyan incondicionalmente Gracias a todos por su participacioacuten

Presentacioacuten

InstruccIones para los autores

Materiales Avanzados 20122

Materiales Avanzados es una revista de divulga-cioacuten cientiacutefica cuyo propoacutesito es mostrar y discutir los descubrimientos en el aacuterea de la investigacioacuten en materiales Los artiacuteculos y las secciones recu-rriraacuten al lenguaje cientiacutefico especializado necesa-rio para mantener el rigor del tema El principal objetivo de la revista es el de difundir informacioacuten sobre materiales entre lectores habituados a los temas de investigacioacutenLa revista se publica en espantildeol cada seis meses

Elaboracioacuten de los textosSe consideran dos tipos de seccionesa) Artiacuteculos cortos de un maacuteximo de 11000 carac-

teres (contando espacios) que ocuparaacuten cuatro paacuteginas de la revista

b) Artiacuteculos largos con un maacuteximo de 27500 carac-teres (contando espacios) que apareceraacuten en diez paacuteginas de la revista

Siendo eacutesta una revista de divulgacioacuten cientiacutefica se re-comienda que las foacutermulas matemaacuteticas o nomencla-tura demasiado especializada se reduzcan al miacutenimoEl texto del manuscrito en cuestioacuten tendraacute un tiacutetulo y el nombre de los autores con su filiacioacuten y direccioacuten electroacutenica Podraacute contener ademaacutes un resumen una introduccioacuten los subtiacutetulos necesarios de acuer-do con el tema las conclusiones y el nuacutemero necesa-rio de re ferencias biblio graacuteficas

Entrega del textoEl texto se entregaraacute en un archivo electroacutenico viacutea e-mail en formato word sin sangriacuteas ni tabuladores En el texto se especificaraacute el lugar donde deberaacuten in-cluirse las figurasLa lista de los pies de figura se haraacute al final del textoLas figuras se incluiraacuten en un archivo separado con resolucioacuten de 300 dpi y 15 cm de lado menorLos textos se mandaraacuten a la siguiente direccioacuten elec-troacutenicarevistaiimunammx

El autor responsable de recibir la co rres pondencia se indicaraacute con un aste riscoLas referencias se incluiraacuten con el siguiente forma-to

Para revistasbull Inicial del nombre y apellido de los autores ldquoTiacute-

tulo del artiacuteculordquo Nombre de la revista volumen (antildeo) paacutegina inicial y final

Para librosbull Inicial del nombre y apellido de los autores Tiacutetulo

del libro paiacutes o ciudad editorial antildeo

IlustracionesLas fotografiacuteas e ilustraciones deberaacuten incluirse en uno de los dos formatos siguientesa) Originales en papel fotograacuteficob) Digitales con resolucioacuten de 300 dpi y 15 cm de

lado menor en archivos eps o tiff

Informacioacuten adicionalEnrique Lima Muntildeoz Editor responsable de Materiales AvanzadosInstituto de Investigaciones en Materiales Ciudad Universitaria UNAM 04510 Meacutexico DF MeacutexicoTel +52 (55) 5622 4640limaiimunammx

contenido

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

Dr Joseacute Narro Robles Rector

Dr Eduardo Baacuterzana GarciacuteaSecretario General

Dr Carlos Araacutemburo de la HozCoordinador de la Investigacioacuten Cientiacutefica

Instituto de Investigaciones en Materiales

Ricardo Vera GrazianoDirector del Instituto de Investigaciones en Materiales

Enrique Lima MuntildeozEditor Responsable

Comiteacute EditorialPatricia GuadarramaFrancisco Morales LealErnesto RiveraGabriel Torres

ProduccioacutenEditorial Terracota SA de CV Edicioacuten Pilar TapiaDisentildeo Rociacuteo MirelesFormacioacuten Jeanette VaacutezquezIlustraciones Mayra Alvarado Martha Garciacutea

Los editores autorizan la reproduccioacuten de los artiacuteculos que se publican en Materiales Avanzados siempre y cuando se cite la fuente

Materiales Avanzados Publicaciones UNAM es una publicacioacuten se-mestral del Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM Editor Responsable Enrique Lima Muntildeoz Reserva de derechos al uso exclusivo del tiacutetulo ante el Instituto Nacional del Derecho de Autor de la Secretaria de Educacioacuten Puacuteblica 04-2003-041612533600-102 Certifica-do de licitud de tiacutetulo 12619 Certificado de licitud de contenido 10191 expedidos por la Comisioacuten Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretariacutea de Gobernacioacuten ISSN 1665-7071 Impreso en Editorial Color SA de CV Naranjo 96-bis Santa Mariacutea la Ribera 06400 Meacutexico DF ECO751107320 55-47-35-40 Distribucioacuten Nacional e Internacional IIM UNAM Circuito Exterior sn Ciudad Universitaria Delegacioacuten Coyoacaacuten Meacutexico DF CP 04510 Tel 5622 4602 Tiraje 1500 ejemplares

Agradecemos su colaboracioacuten a Jacqueline Garciacutea y Gilda Castillo y a las fotoacutegrafas Lesly Ivonne Preciado y Ana Luisa Soliacutes asiacute como a Miguel Reina por sus grabados

Impreso en Meacutexico

1 Presentacioacuten

2 Instrucciones para los autores

4 Noticias

10 Historia y divulgacioacuten de la ciencia Martiacuten Garibay Velasco

13 Premio IIM a la mejor tesis doctoral 2011 en ciencia e ingenieriacutea de materiales

Ricardo Vera Graziano y Elizabeth Chavira Martiacutenez

17 Grafeno un material con potencial para la tecnologiacutea electroacutenica del futuro

Claudia Bautista Flores Joseacute Luis Beniacutetez Beniacutetez y Doroteo Mendoza Loacutepez

25 Procesamiento de aleaciones semiconductoras Ga(In)N

M LoacutepezndashLoacutepez M RamiacuterezndashLoacutepez G SantanandashRodriacuteguez R MendozandashPeacuterez J AguilarndashHernaacutendez F de MourendashFlores L ZamorandashPeredo V H MeacutendezndashGarciacutea O de Melo y J HuertandashRuelas

33 Hidroacutexidos dobles laminares

liberadores de moleacuteculas bioloacutegicas activas

Mariacutea de Jesuacutes Martiacutenez Ortiz y Ariel Guzmaacuten Vargas

39 Hacia la nanociencia verde nanomateriales nanoproductos y nanorresiduos

Carlos Felipe Mendoza y Laura Meraz Cabrera

43 Depoacutesito de nanomateriales sobre fibras oacutepticas Plaacutecido Zaca Moraacuten

Materiales Avanzados 2012 Nuacutem 19 4-104

Acoplamiento de nanopartiacuteculas

Las nanopartiacuteculas de algunos oacutexi-dos metaacutelicos se pueden acoplar mediante reacciones de cicloadi-

cioacuten para formar enlaces bien definidos entre las partiacuteculas El acoplamiento se lo-gra al funcionalizar nanopartiacuteculas de TiO2 con grupos alquino y nanopartiacuteculas de WO3 con grupos azida Las partiacuteculas fun-cionalizadas se acoplaron viacutea una reaccioacuten de ciclo adicioacuten catalizada por cobre En el acoplamiento se forma un enlace triazol que soporta transferencias electroacutenicas Esta nueva estrategia de siacutentesis busca generar materiales con propiedades ca-taliacuteticas y fotovoltaicas faacutecilmente modu-lables Debido a su estructura electroacutenica el TiO2 el WO3 y otros oacutexidos metaacutelicos son fotocatalizadores La unioacuten de maacutes de uno de este tipo de oacutexidos metaacutelicos produce materiales hiacutebridos que incrementan las propiedades de los materiales individuales Estas nanoestructuras hiacutebridas son un im-portante avance para entender las bases de la transferencia de carga y pueden ayu-dar a desarrollar y optimizar celdas solares y fotocatalizadores ACS Nano 6 (2012) 310-318

lulas vivas y para desarrollar sensores de biocompatibilidad Adv Mater 24 (2012) 1050-1054

El grafeno un material milagroso

El material denominado grafeno fue etiquetado como ldquola gran cosardquo incluso antes de que sus investiga-

dores pioneros ganaran el Premio Nobel el antildeo 2010 Muchos piensan que este descu-brimiento puede significar el fin del silicio y que cambiaraacute el futuro de las computa-doras y otros dispositivos para siempre Se considera que el grafeno es el material milagroso del siglo XXI y se ha dicho que es el material maacutes resistente jamaacutes medido lo que constituye una ventaja significativa asiacute como el probable desplazamiento del silicio y los materiales maacutes conductores conoci-dos hasta ahora sus propiedades se han dado conocer por los diferentes medios y han dado la vuelta al mundo El grafeno se extrae del grafito y consiste de una serie de capas de carbono sobrepuestas con inte-racciones enlazantes deacutebiles se compone de aacutetomos de carbono arreglados de mane-ra hexagonal estrechamente unidos y con un un aacutetomo de espesor Tres millones de

Hacia los sensores oacutepticos inteligentes

El disentildeo de estructuras nanoporo-sas con geometriacutea controlada es una estrategia para desarrollar

materiales funcionales En este sentido se sintetizaron aluacuteminas anoacutedicas nanopo-rosas con geometriacutea de poro controlada para modular su fotoluminiscencia y tra-ducirla a un coacutedigo de barras en la regioacuten UV-visible Las aluacuteminas se prepararon por medio de una siacutentesis anoacutedica de dos etapas El sistema de coacutedigo de barras fotoluminiscente se basa en el coacutedigo de producto universal En el sistema la posi-cioacuten de cada barra corresponde a la lon-gitud de onda de cada oscilacioacuten en el es-pectro fotoluminiscente Por ejemplo los coacutedigos de barras con un elevado nuacutemero de barras (es decir de oscilaciones en el espectro fotoluminiscente) son deseables para desarrollar sensores oacutepticos en los que se requiere una alta sensibilidad para sondear pequentildeos cambios externos Este proceso oacuteptico de coacutedigo de barras tiene la ventaja de que las aluacuteminas son mate-riales biocompatibles teacutermicamente esta-bles biodegradables y pueden aplicarse para etiquetar espectroscoacutepicamente ceacute-

Materiales Avanzados 2012 Nuacutem 19 4-10 5

hojas de grafeno una sobre otra tendriacutean un espesor de 1 mm La estructura de ban-da del grafeno fue teorizada y calculada por primera vez por PR Wallace en 1947 pero se pensaba que su existencia en el mundo real era imposible Debido al largo tiempo que pasoacute hasta su descubrimiento algunas opiniones de teoacutericos lo asociaban a los materiales del crash site de Roswell En 2004 algunos equipos de investigacioacuten incluidos los de Andre Geim y Konstantin Novoselov demostraron que las capas simples podiacutean aislarse lo que les valioacute el Premio Nobel de Fiacutesica en 2010 El grafe-no es un muy buen conductor eleacutectrico y teacutermico que puede usarse para desarro-llar circuitos semiconductores y partes de computadora Pruebas mecaacutenicas han de-mostrado que es increiacuteblemente resisten-te El profesor James Hone de la Univer-sidad de Columbia afirma que el grafeno es el material maacutes fuerte conocido por el hombre aproximadamente 200 veces maacutes fuerte y resistente que el acero pero su po-tencial no se limita a esto tambieacuten puede utilizarse como material composito igual que se usan actualmente las fibras de car-bono en electroacutenica Ya que no todas sus propiedades han sido descubiertas maacutes y maacutes cientiacuteficos han decidido trabajar en este campo Alrededor de 200 compantildeiacuteas y pequentildeas empresas se han involucrado en la investigacioacuten del grafeno y en 2010 se publicaron alrededor de tres mil artiacuteculos de investigacioacuten Los beneficios tanto para empresarios como para los consumidores son obvios dispositivos maacutes raacutepidos que son maacutes delgados y flexibles En el futuro se podriacutean ver tarjetas de creacutedito que ten-gan tanto poder de procesamiento como un smartphone Seguacuten el profesor Jari Kinaret de la Chalmers University en Suecia esto se puede hacer extensivo a nuevas apli-caciones como componentes electroacutenicos transparentes flexibles y maacutes raacutepidos que los de hoy Samsung ha sido uno de los maacutes grandes inversionistas en investigacioacuten so-

bre grafeno en colaboracioacuten con la South Korean Sungkyunkwan University no obs-tante compantildeiacuteas como IBM y Nokia tam-bieacuten se han involucrado en este campo Ya se ha logrado producir una pantalla digital de 25 pulgadas de grafeno IBM creoacute un transistor que opera a una velocidad de 150 GHz cuando el dispositivo de silicio maacutes raacute-pido corre solamente a 40 GHz En teacuterminos de rapidez de un transistor actualmente no vemos liacutemites de queacute tan lejos podemos lle-gar En Europa la investigacioacuten sobre este material recibioacute una inversioacuten de un billoacuten de euros de la Comisioacuten Europea para los proacuteximos diez antildeos Asiacute el grafeno se re-vela como un material prometedor de van-guardia en electroacutenica que dejaraacute atraacutes la eacutepoca del silicio BBC-News-Nature 2012

Materiales dendrimeacutericos para transferencia de energiacutea

Desde su descubrimiento los den-driacutemeros han atraiacutedo el intereacutes de la comunidad cientiacutefica debi-

do a sus propiedades uacutenicas Su uso en dispositivos foto y electroactivos merece especial atencioacuten debido a su potencial aplicacioacuten en quiacutemica medicina y ciencia de materiales El estudio de las propieda-des fotofiacutesicas de los dendriacutemeros es par-

ticularmente interesante y depende de las arquitecturas de estas macromoleacuteculas Unidades fotoactivas pueden unirse de manera covalente o no covalente a den-driacutemeros en diferentes partes periferia ramas o nuacutecleo Dependiendo de la na-turaleza de los cromoacuteforos y su localiza-cioacuten en la estructura dendriacutetica la forma-cioacuten de exciacutemeros y exciacuteplejos asiacute como procesos de transferencia de energiacutea o fluorescence resonance energy transfer (FRET) y transferencia de carga (CT) pue-den ocurrir El estudio de los dendriacutemeros fotoactivos ha permitido mejorar nota-blemente la eficiencia de las tecnologiacuteas fotovoltaicas existentes Se ha sintetizado un gran nuacutemero de estructuras dendriacuteti-cas marcadas con diferentes cromoacuteforos seleccionados seguacuten sus propiedades fo-tofiacutesicas Recientemente se sintetizoacute una nueva serie de estructuras dendriacuteticas unidas covalentemente con los cromoacutefo-ros porfirina y pireno que mostraron una eficiencia FRET sobresaliente con valores cercanos al cien por ciento El pireno ha sido ampliamente usado como marcador fluorescente para caracterizar macromo-leacuteculas debido a sus propiedades fotofiacutesi-cas y su habilidad para formar exciacutemeros Por otro lado las porfirinas constituyen tambieacuten una familia muy importante de

hv = 340 nm

FRET

hv = 651 nm

Py

P

Py

Py

Py


grupos 1-pirenil los cuales se acoplaron posteriormente a una unidad de porfirina en su punto focal viacutea un espaciador flexi-ble La estructura de estos compuestos se muestra en la figura Los espectros de fluorescencia de las porfirinas dendro-nizadas con pireno mostraron una dismi-nucioacuten importante de la emisioacuten de pireno (monoacutemero y exciacutemero) junto con la apari-cioacuten de una nueva banda de emisioacuten a 661 nm caracteriacutestica de la porfirina lo cual revela que un fenoacutemeno FRET transita de un pireno excitado a la porfirina La efi-ciencia cuantitativa de FRET fue entre 97 y 99 dependiendo de la generacioacuten de la estructura dendriacutetica Dada la alta efi-ciencia de FRET estos compuestos a di-

fluoroacuteforos muy estudiada en ciencia de materiales El disentildeo de nuevos arreglos porfiriacutenicos y multiporfiriacutenicos es de gran intereacutes debido a su aplicacioacuten en cataacutelisis oacuteptica no lineal (NLO) absorcioacuten de dos fotones y alambres moleculares Varias unidades electro y fotoactivas se han in-corporado en las porfirinas para regular sus propiedades electroacutenicas y fotofiacutesi-cas El caraacutecter donadorndashaceptor de las porfirinas puede modificarse dependiendo de su estado de coordinacioacuten y de las uni-dades fotoactivas unidas a ellas Entre los primeros trabajos con porfirinas dendroni-zadas muy pocos se enfocan al estudio de los efectos de antena captadores de luz y a los efectos de transferencia de energiacutea Dado que la emisioacuten de pireno (monoacutemero y exciacutemero) se traslapa significativamente con la banda Soret de las porfirinas (λ = 419 nm para la tetrafenilporfirina o TPP y λ = 423 nm para su anaacutelogo metalado con Zn o ZnTPP) se espera que un fenoacutemeno FRET tenga lugar en compuestos dendriacute-ticos marcados con unidades de pireno y porfirina De hecho la formacioacuten de exciacute-meros de pireno y FRET dependen mucho de la concentracioacuten local de pireno y la distancia entre la energiacutea del donador (pi-reno monoacutemero y exciacutemero) y el aceptor (porfirina) Esto llevoacute al disentildeo de nuevas arquitecturas marcadas con porfirinia y pireno asiacute se sintetizoacute una serie de den-drones tipo Freacutechet de primera y segun-da generacioacuten con cadenas alquiacutelicas y

ferencia de otros previamente reportados son candidatos potenciales para su futuro uso en dispositivos fotovoltaicos La com-binacioacuten de cromoacuteforos porfirinandashpireno resultoacute ser la oacuteptima para esta aplicacioacuten Langmuir 28 (2012) 11195-11205

Supersoacutelidos

Moses Chan y su alumno EunndashSeong Kim fiacutesicos de la Univer-sidad de Pennsylvania des-

cubrieron en 2004 una forma supersoacutelida de helio-4 que se produce a 200 mK con todas las propiedades de un superfluido lo que puede implicar el descubrimiento de un nuevo estado de la materia en el que los aacutetomos se comportan como si fueran soacutelidos y fluidos a la vez Si el experimen-to de los investigadores de Pennsylvania publicado en la revista Nature [427 (2004) 225] llegara a repetirse y a establecerse como definitivo se confirmariacutea que los tres estados de la materia (soacutelido liacutequido y gaseoso) pueden acceder a un nuevo es-tado de naturaleza superior previsto por la condensacioacuten de BosendashEinstein seguacuten la cual todas las partiacuteculas se condensan en determinadas condiciones en un mismo estado cuaacutentico El experimento plantea tambieacuten nuevos interrogantes sobre las fronteras reales del universo cuaacutentico Los investigadores explican que su material es un soacutelido porque todos los aacutetomos del helio-4 quedan congelados en una peliacute-cula cristalina riacutegida tal como ocurre con

a) b)

NH

NHO O O

O

N

NNH

NHO O

O

O

O O

O

O

N

N


los aacutetomos y las moleacuteculas de un cuerpo soacutelido normal como el hielo Sin embargo en el caso del helio esta congelacioacuten de los aacutetomos no implica que esteacuten inmoacuteviles Cuando el helio-4 llega a la temperatura adecuada (apenas un deacutecimo de grado so-bre el cero absoluto) la peliacutecula que forma comienza a experimentar las leyes de la mecaacutenica cuaacutentica La explicacioacuten y la ca-racterizacioacuten del fenoacutemeno representan un reto para los cientiacuteficos tanto teoacutericos como experimentales En estudios prelimi-nares realizados por el Premio Nobel Philip Anderson de la Universidad de Princeton se encontroacute que la supersolidificacioacuten se puede explicar como una superfluidez de sitios vacantes de una estructura cristali-na y soacutelida de aacutetomos de helio-4 En otro estudio realizado por Seamus Davis de la Universidad Cornell se sugiere que el soacute-lido es maacutes bien un vidrio y no un cristal o sea es un suacutepervidrio Una extensa discu-sioacuten sobre el problema vidrio o cristal fue hecha por M Boninsegn en Supersolids What and Where are they Cond-matstat-mech 11 jan 2012 pp 1-20

Nanoalambres para deteccioacuten de emergencias

Investigadores de la Universidad de Tel Aviv desarrollaron un dispositivo basado en nanoalambres de silicio

recubiertos con anticuerpos (moleacuteculas que se unen a proteiacutenas especiacuteficas) para

capturar ciertas proteiacutenas del torrente sanguiacuteneo que pueden advertir de un in-minente ataque cardiaco o de niveles de insulina elevados en soacutelo unos minutos La investigacioacuten encabezada por el doc-tor Patolsky propone el uso domeacutestico de este tipo de tecnologiacutea en un futuro cer-cano para que las personas puedan tomar decisiones en casos de emergencia meacute-dica El dispositivo desarrollado consiste de dos compartimentos pequentildeos conec-tados por un canal delgado en el primero se encuentran los nanoalambres de silicio densamente empacados y cubiertos con anticuerpos el segundo compartimento tambieacuten contiene nanoalambres de sili-cio pero en una superficie plana ademaacutes sus extremos estaacuten conectados a peque-ntildeos electrodos Una vez que se recubren ambos grupos de nanoalambres con anti-cuerpos se vierte una gota de sangre (50 a 250 microlitros) al primer compartimento Luego de un tratamiento en ese comparti-mento se pasa una muestra ldquodepuradardquo al segundo en donde debido a una lectura de cambio de corriente se puede determi-nar cuaacutenta proteiacutena relacionada con cier-ta enfermedad estaacute presente en sangre Nano Letters 2012

Espines controlados por cubiertas termoeleacutectricas

Recientemente se encontroacute que el voltaje generado en el efecto Seebeck puede estar formado

por electrones con un mismo tipo de espiacuten Esto es posible si se produce un gradiente de temperatura en un material magneacutetico lo que se conoce como efecto Seebeck de espiacuten (ESS) Este efecto se ha estudiado en un dispositivo formado por un sustrato de Ga3Ga5O12 granate de gadolinio galio (GGG) sobre el que se deposita un granate de hierro itrio con sustituciones de itrio por bismuto BiY2Fe5O12 (BiYIG) sobre eacuteste se deposita una capa de platino Las dimen-siones del sustrato son 5 pound 2 mm de aacuterea y un espesor de 07 mm mientras que el es-pesor del BiYIG es de 60 nm y el espesor de la capa de Pt es de 10 nm Al producir un gradiente de temperatura entre el sus-trato y la capa de Pt se detecta una co-rriente de espines que fluye perpendicular a la superficie del dispositivo como resul-tado del ESS Es importante sentildealar si hay un efecto de arrastre por fonones desde el sustrato que aumenta la corriente Este tipo de dispositivos ofrece grandes expec-tativas para distintas aplicaciones pues se obtuvo que el cambio de voltaje medi-


do respecto del gradiente de temperatura aplicado es de 082 microVK-1 estimaacutendose que se pueden alcanzar valores del orden de mVK-1 Nat Mater 11 (2012) 686

Propiedades electromecaacutenicas del grafeno

El comportamiento electromecaacutenico de las capas de grafeno que flotan en una cavidad se estudioacute mediante

microscopia y espectroscopia de barrido de tunelaje Los dispositivos se prepara-ron usando un sustrato de SiO2 Si en el que se fabricaron cavidades de 11 microm de diaacutemetro y 100 nm de profundidad Sobre las cavidades se depositaron monoca-pas de grafeno obtenidas por exfoliacioacuten mecaacutenica sobre las que se depositaron electrodos de PdAu Los experimentos se realizaron a 4 K y alto vaciacuteo La topografiacutea realizada sobre el grafeno muestra que se produce una deformacioacuten notable en la regioacuten en donde se encuentra la cavidad que depende del voltaje de compuerta aplicado sobre el soporte de Si Conside-rando solamente la diferencia de potencial entre la membrana y la punta del STM en el rango de plusmn 1 V y la fuerza electrostaacute-tica se produce muy poco efecto en la forma de la membrana Esto implica que la fuerza de Van der Waals entre la punta de prueba y la membrana de grafeno es la

responsable de la deformacioacuten La espec-troscopia de tunelaje curvas de dIdV (I es la corriente de tunelaje) como funcioacuten del voltaje de polarizacioacuten (V) muestran una estructura similar a la observada en pun-tos cuaacutenticos Tanto la topografiacutea como la espectroscopia observada en grafeno que flota sobre una cavidad son muy diferen-tes del comportamiento observado en el grafeno soportado por un sustrato Scien-ce 336 (2012) 1557

Coacutemo caminar en el agua

Si se vierte suficiente feacutecula de maiacutez en una piscina se puede caminar sobre la superficie del agua Al

contacto firme con el pie las partiacuteculas en suspensioacuten en el agua se aglomeran como nieve acumulada delante de una maacutequina quitanieves La compactacioacuten forma un parche duro que puede empu-jar hacia atraacutes con la misma cantidad de presioacuten concentrada en la punta de un tacoacuten alto informaron investigadores de la Universidad de Chicago encabezados por el profesor Scott Waitukaitis Un fluido no newtoniano no se comporta como un liacutequido normal Un estiacutemulo suave permi-te el deslizamiento sin mucha resistencia pero un golpe a la superficie resulta en una fuerza equivalente pero en sentido contrario Para comprender las fuerzas in-volucradas los investigadores golpearon

la mezcla con una varilla de metal y moni-torearon las repercusiones En experimen-tos previos se habiacutea frotado el material entre dos placas (una teacutecnica comuacuten para probar las propiedades de los liacutequidos) considerando fuerzas de corte en lugar de impacto directo Las radiografiacuteas del lodo opaco que se genera revelan coacutemo la materia se mueve debajo de la superficie Simulaciones basadas en los datos su-gieren que el impacto inicial saca el agua fuera de los espacios entre las partiacuteculas luego la friccioacuten entre las partiacuteculas hace el resto Las partiacuteculas se mantienen jun-tas y forman un frente expansivo que se comporta como un soacutelido que presiona contra la varilla metaacutelica Los investigado-res esperan que la comprensioacuten del com-portamiento de este tipo de fluidos siente las bases para confeccionar chalecos antibalas ldquoliacutequidosrdquo mediante la inmersioacuten de Kevlar en suspensiones similares aun-que advierten que lo que ocurre en una suspensioacuten no necesariamente ocurre en otra A pesar de deacutecadas de estudio to-daviacutea nadie entiende por queacute las suspen-siones como la feacutecula de maiacutez se espesan cuando se perturban y las arenas move-dizas o la salsa de tomate se adelgazan a pesar de que en todos los casos se trata simplemente de partiacuteculas suspendidas en liacutequidos Nature julio 2012


RESENtildeAHistoria y divulgacioacuten de la ciencia

Esta resentildea compara las lecturas de De la alquimia a la quiacutemica y Aacutetomo viaje a traveacutes del cosmos subatoacutemi-co ambos de divulgacioacuten cientiacutefica El primero fue escrito y publicado en Meacutexico por Teresa de la Selva

maestra titular en la UAM y doctorada en fiacutesica por la UNAM y el segundo es parte de una extensa obra literaria del recono-cido escritor estadounidense de ciencia y ciencia ficcioacuten Isaac Asimov

El tema que tratan estos dos autores es similar sin embargo hay una gran diferencia en la forma en de presentarlo Teresa de la Selva habla como lo dice el tiacutetulo de su libro de lo que era la alquimia de coacutemo y quieacutenes la practicaban y de los pasos que se siguieron hasta el arribo a la quiacutemica como ciencia Para esto echa mano de pequentildeas historias y personajes inventados que se adecuan a lo que acontecioacute realmente con el fin de dra-matizar y amenizar la lectura Por supuesto incluye tambieacuten los datos originales que histoacutericamente dieron paso a los sucesivos niveles de conocimiento pero sin hacer gran hincapieacute en el ri-gor experimental que fue necesario en el marco contextual de la eacutepoca ni en la distincioacuten entre la narracioacuten imaginaria y la de los acontecimientos reales

Por su parte Isaac Asimov habla tambieacuten de la evolucioacuten del conocimiento a traveacutes de la experimentacioacuten cientiacutefica pero desde un enfoque simple de acontecimientos y cientiacuteficos que de hecho existieron en donde resalta un encadenamiento cro-noloacutegico meticuloso mismo que funge como ele-mento principal para amenizar la historia Asi-mov lleva de la mano al lector a traveacutes de una liacutenea temporal donde cada paso es explicado y cada hueco es aclarado Cada reaccioacuten y cada proceso que es necesario conocer miacutenima-mente para entender los resultados son pre-sentados a veces retrocediendo para poder avanzar sin por esto revolver las cosas De una manera limpia este autor parte de las posturas loacutegicas planteadas por los filoacutesofos griegos claacutesicos y llega a la mecaacutenica cuaacutenti-ca las interacciones entre las fuerzas natu-rales y el principio del universo pasando por las reacciones quiacutemicas y nucleares que dieron origen a tales fenoacutemenos con un gran detalle difiacutecil de alcanzar sin re-currir al lenguaje cientiacutefico

Para ser justos es importante sentildealar otra diferencia entre ambos textos pues aunque siacute son lo suficientemente cercanos en lo que se refiere a la temaacutetica como para ser comparados no se pueden juzgar partiendo de un mismo principio Uno de ellos De la alquimia a la quiacutemica introduce cierto aspecto filo-soacutefico sobre el proceder humano asiacute como una visioacuten cultural del razonamiento cientiacutefico Por ejemplo la diferencia entre la matematizacioacuten del movimiento de un peacutendulo que es genera-lizable y comprensible mediante experimentos simples y ma-croscoacutepicos y la razoacuten de ser de las propiedades cualitativas de un material en comparacioacuten con otro problema que requiere mucho maacutes que un estudio loacutegico abre las puertas a suposicio-nes filosoacuteficas y permite proponer respuestas que inevitable-mente se ven influidas por el bagaje cultural de quien las medi-ta y su circunstancia El otro libro en cambio busca mostrar los datos duros histoacutericamente aceptados desde una perspecti-va casi puramente cientiacutefica con algunas aportaciones reflexi-vas del autor y con una elegancia que le impide caer en el tedio al que este tipo de escritos se arriesga al estar dirigido al puacutebli-co no cientiacutefico

Precisamente por sus diferencias las dos lecturas podriacutean parecer un buen complemento la una de la otra sin embargo en mi opinioacuten no lo son tanto Cuando se lee el libro de Asimov no se extrantildea la ficcioacuten ni ninguna trama novelesca el texto da la impresioacuten de estar completo por donde se vea y genera inte-reacutes mientras maacutes se avanza como si se tratase en efecto de una

historia en la que cada nuevo descubri-miento es un pequentildeo desenlace que activa otra historia maacutes y todas fueran dirigidas hacia un punto comuacuten en-trelazadas con el objetivo de compren-derlo todo avivando de este modo cada capiacutetulo y provocando la avidez de quien ya tiene un intereacutes por el funcio-namiento de la fiacutesica y la quiacutemica o in-cluso de quien ha sido renuente a com-prender los complicados esquemas de la ciencia y toma el libro sin un conocimien-to previo notable

Esto podriacutea parecer una criacutetica un poco parcial en favor de un autor pero a pesar de mi admiracioacuten por la obra de Asimov estoy consciente de lo faacutecil que puede ser perder

Martiacuten Garibay Velasco


reseNtildeaobjetividad y permitir que una postura anterior influya en cualquier juicio por lo que intento ser lo maacutes neutral posible No obstante es para miacute un hecho que el libro de Teresa de la Selva tiene un valor divulgativo pero con una intencioacuten que no se cumple No es faacutecil introducir al puacuteblico general en temas histoacutericos y menos auacuten si son cientiacuteficos y aunque a conciencia plena se intenta llevar por este camino la obra la dinaacutemica de la misma resulta confusa para el seguimiento de cada capiacutetulo se requiere de entrada tener un intereacutes especiacutefico por el tema y estar familiarizado con eacutel Parte de esta dinaacutemica es utilizar palabras en desuso que hacen referencia a ciertas sustancias y siacutembolos extrantildeos que resultan engorrosos al intentar dar se-guimiento a las reacciones que se ejemplifican Al mismo tiem-po ocurren saltos de secuencia entre una historia y otra Por estas razones no es una lectura que pueda entender cualquier persona hay capiacutetulos que no parecen estar hilados en absolu-to con los anteriores no genera demasiada expectativa es algo confusa y no ahonda en ninguacuten tema dejando muchas pregun-tas en el aire pero sin siquiera permitir al lector plantearse con claridad cuaacuteles son esas preguntas sin respuesta

En cuanto a las opiniones que Teresa de la Selva expone al final y al principio de cada capiacutetulo en general estoy de acuer-do con ellas pero me parece que le falta profundizar maacutes en ese aspecto Por ejemplo en una seccioacuten del cuarto capiacutetulo estaacute por terminar de hablar sobre cuestiones alquimistas y dice ldquoiquestSe diraacute entonces que la alquimia fue inuacutetil No no es para tanto Por un lado estaacute el adelanto tecnoloacutegico innegable sobre el conocimiento de la manufactura de toda clase de materiales por otro el valor de la buacutesqueda de la transmutacioacuten que si bien tiene caraacutecter negativo dejoacute el terreno preparado para la creacioacuten de la quiacutemica como cienciardquo

Me parece una postura que podriacutea ser ampliada cedieacutendole maacutes importancia al tema de ldquoqueacute tan importante fue realmente la alquimia y queacute tipo de importancia tuvordquo Este comentario ademaacutes de breve carece de contenido innovador cuando po-driacutea esperarse mucho maacutes dado que es una de las cuestiones principales del libro es una conclusioacuten que podriacutea ser faacutecil-mente repetida por una persona menos docta en la materia no tiene trascendencia y a mi parecer habriacutea sido un buen lugar para introducir una criacutetica maacutes valiente que incluya por ejem-plo el atraso que la pretensioacuten alquimista pudo haber represen-tado para la quiacutemica como tal el lastre que posiblemente no permitiacutea una verdadera comprensioacuten de la materia Por su-puesto que en alguacuten momento teniacutean que cesar los intentos infructuosos por lograr lo que sea que se buscara por medio de la alquimia (la transmutacioacuten de los elementos en oro el eliacutexir de la vida etc) dando paso a otro tipo de meacutetodos y maneras de pensar lo que es ahora la quiacutemica pero es muy faacutecil encon-

trar razones por las cuales maacutes que dejar preparado el terreno para la quiacutemica como ciencia la alquimia lo retrasoacute hasta ago-tar sus artificios ya sea bien o mal intencionados

En otro paacuterrafo despueacutes de hablar sobre Lavoisier y descri-bir algunos de sus experimentos y resultados menciona sin mucha contundencia la intencioacuten de este personaje de poner la quiacutemica por encima con el tiacutetulo de ciencia Hasta ahiacute se que-dariacutea quien sin mucho conocimiento termina de leer el capiacute-tulo pero la importancia de Lavoisier para esta ciencia me pa-rece que debe ser puntualizada con mayor claridad no por nada es conocido como el ldquopadre de la quiacutemicardquo

Para concluir quiero decir que es importante la lectura de ambos libros y ambos estilos maacutes que por el contenido de cada uno de ellos por la diferencia en la forma en que se muestran y perciben las ideas este contraste que se aprecia entre los dos es una gran herramienta para ampliar la perspectiva desde la que se critica un texto Para tener bases soacutelidas y mejor fundamen-tadas a la hora de decidir queacute tipo de libros son los maacutes indica-dos para cada uno de nosotros los que con mayor facilidad podraacuten acercarnos a diferentes temas y generar un impacto profundo sirve hacer este tipo de comparaciones con las que definimos una inclinacioacuten hacia cierto tipo de escritos (cientiacute-ficos o literarios) y con esto ayudamos a fomentar y mantener en nosotros mismos un intereacutes atractivo y constante por el aprendizaje

Isaac Asimov Aacutetomo viaje a traveacutes del cosmos subatoacutemico Barcelona Plaza y Janeacutes 1992

Teresa de la Selva De la alquimia a la quiacutemica Meacutexico Fon-do de Cultura Econoacutemica 1998

bull Facultas de Ciencias

La Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexicoa traveacutes del Programa de Posgrado en Ciencia e Ingenieria de Materiales

CONVOCA

A los aspirantes que esteacuten titulados yo graduados de estudios de Licenciatura yo Maestriacutea a ingresar en el semestre 2013-2 el cual iniciaraacute

el 28 de enero de 2013 a los siguientes planes de estudios

bullDOCTORADO EN CIENCIA E INGENIERIacuteA MATERIALESbullMAESTRIacuteA EN CIENCIA E INGENIERIacuteA DE MATERIALES

Acreditados como posgrados en Calidad Internacional en el Padroacuten Nacional de Posgrados de Calidad del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologiacutea

En el programa participan las Entidades Acadeacutemicas

bullCentro de Investigacioacuten en Energiacutea Temixco MorelosbullCentro de Nanociencias y Nanotecnologiacutea Ensenada Baja California

bull Instituto de Investigaciones en Materiales

bullFacultad de Quiacutemicabull Facultad de IngenieriacuteabullInstituto de Fiacutesica

bullCentro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnoloacutegico

Ciencias e Ingenieriacutea de Materiales

Fechas importantes a considerar

Los aspirantes deberaacuten cumplir con los requisitos de ingreso establecidos en el plan de estudios descritos en la convocatoria de ingreso publicada en la direccioacuten electroacutenica

httpwwwposgradounammxpceim

Registro de aspirantes del lunes 3 de septiembre al viernes 19 de octubre de 2012Publicacioacuten de resultados Lunes 7 de enero de 2013Inscripcioacuten Oficial a la UNAM Maestriacutea del lunes 14 al mieacutercoles 16 de enero de 2013 Doctorado jueves 17 y viernes 18 de enero de 2013Preguntas comentarios e informacioacuten complementaria coordinacioacuten del Programa 5622 4731 5622 4730 correo electroacutenico pceimposgradounammx

bullCentro de Fiacutesica Aplicada y Tecnologiacutea Avanzada Juriquilla Quereacutetaro


Tesis

creado en 1995 por el Instituto de Investigacio-nes en Materiales este premio tiene el propoacutesi-to de estimular la formacioacuten de recursos huma-nos de alta calidad en el aacuterea de Ciencia e Ingenieriacutea de Materiales

Los premios del certamen 2011 a la mejor tesis doctoral en el aacuterea de Ciencia e Ingenieriacutea de Materiales se presentaron en la ceremonia que tuvo lugar en el Auditorio del Instituto de Investigaciones en Materiales el diacutea 22 de agosto del presente antildeo a las once de la mantildeana Se contoacute con la presencia del doc-tor Miguel Lara Flores Secretario Acadeacutemico de la Coordina-cioacuten de la Investigacioacuten Cientiacutefica en representacioacuten del doc-tor Carlos Araacutemburo de la Hoz Coordinador de la Investigacioacuten Cientiacutefica

Con base en el dictamen del jurado se anunciaron dos ga-nadoras la doctora Mariacutea Teresa Guzmaacuten Gutieacuterrez y la docto-ra Zenaida Carolina Leyva Inzunza y una mencioacuten honoriacutefica al doctor Sinhueacute Loacutepez Moreno

Mariacutea Teresa Guzmaacuten Gutieacuterrez presentoacute su tesis ldquoNuevos poliacutemeros obtenidos a partir de fluorocetonas y anillos aromaacute-ticosrdquo con la que obtuvo el grado de doctora en Ciencias Quiacute-micas el diacutea 30 de marzo de 2011 en el programa de Posgrado en Ciencias Quiacutemicas de la Universidad Nacional Autoacutenoma

de Meacutexico bajo la direccioacuten del doctor Mikhail ZolotukhinCompartioacute el premio con Zenaida Carolina Leyva Inzunza

quien con la tesis ldquoSynthesis of Catalysis with Moderate Acidi-ty for Selective Hydrocracking of Heavy Crude Oilsrdquo obtuvo el grado de doctora en Ciencias el 14 de enero de 2011 de la Di-reccioacuten de Investigacioacuten y Posgrado del Instituto Mexicano del Petroacuteleo La direccioacuten de su tesis estuvo a cargo de los doctores Jorge Ancheyta Juaacuterez y Jorge Fernando Ramiacuterez Solis

Las ganadoras recibieron un diploma y un premio en metaacute-lico a dividir de 25 salarios miacutenimos mensuales vigentes en el Distrito Federal

Tambieacuten los directores de las tesis premiadas mdashMikhail Zo-lotukhin Jorge Ancheyta Juaacuterez y Jorge Fernando Ramiacuterez So-liacutesmdash recibieron un estiacutemulo en esta ocasioacuten se les hizo entrega de un diploma y un premio en efectivo a repartir de 10 salarios miacutenimos mensuales vigentes en el Distrito Federal

La mencioacuten honoriacutefica fue otorgada a Sinhueacute Loacutepez More-no por la tesis titulada ldquoTransiciones de fase estructurales in-ducidas por presioacuten desde primeros principiosrdquo La direccioacuten de la tesis estuvo a cargo del doctor Aldo Humberto Romero Castro

El jurado calificador de este decimosexto certamen estuvo integrado por

Premio IIM a la mejor tesis doctoral 2011 en ciencia e ingenieriacutea de materialesRicardo Vera Graziano y Elizabeth Chavira Martiacutenez



CONVOCA
















Miguel Reina Collage grabado


Tesis

Dr Federico Humberto Barceloacute Santana FO-UNAMDra Guillermina Burillo Amezcua IN-UNAMDra Judith Cardozo Martiacutenez UAM-IDr Sergio Fuentes Moyado CNYN-UNAMDr Ignacio Luis Garzoacuten Sosa IF-UNAMDr Joseacute Saniger Blesa CCADET-UNAMDra Martha Elena Sosa Torres FQ-UNAMA continuacioacuten se presentan los resuacutemenes de las tesis ga-

lardonadas

Nuevos poliacutemeros obtenidos a partir de fluorocetonas y anillos aromaacuteticos de Mariacutea Teresa Guzmaacuten Gutieacuterrez

La creciente demanda de tecnologiacutea moderna y de produccioacuten de los materiales la economiacutea y las restricciones ambientales hacen de la investigacioacuten en el aacuterea de la quiacutemica de poliacutemeros una parte esencial y necesaria de nuestra vida En gran medida se relaciona con el problema de desarrollo de meacutetodos de siacuten-tesis simples versaacutetiles eficaces y baratos para poliacutemeros fun-cionales y de alto procesamiento Esta continua demanda de nuevos materiales polimeacutericos con una uacutenica combinacioacuten de propiedades ha llevado a la investigacioacuten por el camino de la incorporacioacuten y modificacioacuten de la estructura del material Este avance condujo al desarrollo de nuevos poliacutemeros fluora-dos aromaacuteticos que presentan propiedades quiacutemicas y fiacutesicas uacutenicas ademaacutes de un alto desempentildeo que no se observa en otros poliacutemeros orgaacutenicos

En este proyecto se desarrolloacute la metodologiacutea cientiacutefica para lograr la siacutentesis regioselectiva de nuevos poliacutemeros a partir de fluorocetonas e hidrocarburos aromaacuteticos La ruta de reaccioacuten consiste en la condensacioacuten catalizada por superaacutecidos de las fluorocetonas con anillos aromaacuteticos desactivados tambieacuten llamada hidroxialquilacioacuten superelectrofiacutelica Se descubrioacute un efecto al cambiar la alimentacioacuten no estequiomeacutetrica de los monoacutemeros es decir el efecto de los monoacutemeros donde se ob-serva un cambio dramaacutetico en la velocidad de reaccioacuten ya que se completa en pocos minutos asiacute como en el incremento en el peso molecular del poliacutemero Tambieacuten se encontraron las con-diciones de reaccioacuten para la disminucioacuten en la formacioacuten de macrocoacuteclicos en las reacciones de policondensacioacuten los cua-les son el obstaacuteculo principal para la formacioacuten de poliacutemeros lineales de alto peso molecular

Todos los poliacutemeros sintetizados son solubles en disolventes orgaacutenicos tiacutepicos y tienen la capacidad de formar peliacuteculas flexi-bles y resistentes Se encontroacute que la Tg podiacutea variar de 122 degC hasta arriba de 400 degC y la temperatura de descomposicioacuten des-de 259 degC hasta 529 degC Ademaacutes por primera vez se obtuvo un poliacutemero con ultra alto peso molecular (Mw = 1072 pound 106 Mn = 0613 pound 106) Con las condiciones oacuteptimas de reaccioacuten se lograron obtener 47 nuevos poliacutemeros con fluorocetonas y compuestos aromaacuteticos que son solubles y pueden formar membranas resistentes

Por uacuteltimo se probaron las propiedades de transporte de gases de 16 nuevos poliacutemeros y se encontraron propiedades muy prometedoras en el aacuterea de la tecnologiacutea de membranas al mostrar eficiencia en la separacioacuten de gases

Miguel Reina Foacutesforo grabado 2012

Miguel Reina Oro grabado 2012


TesisSynthesis of Catalysis with Moderate Acidity for Selective Hydrocracking of Heavy Crude Oils (Siacutentesis de catalizadores con acidez moderada para la hidrodesintegracioacuten selectiva de crudos pesados) de Zenaida Carolina Leyva Inzunza

Esta tesis doctoral aborda el disentildeo siacutentesis caracterizacioacuten evaluacioacuten y aplicacioacuten de materiales cataliacuteticos soportados en siacutelicendashaluacutemina variando la composicioacuten del soporte para obte-ner diferente acidez y propiedades texturales en catalizadores para la industria del petroacuteleo que los emplearaacute en la hidrodes-integracioacuten de crudos pesados

Los catalizadores preparados contienen niacutequel y molibdeno depositados en soportes de siacutelicendashaluacutemina con composicioacuten de 5 10 25 50 y 75 de peso de siacutelice Estos materiales se carac-terizaron mediante infrarrojo con adsorcioacuten de piridina y mo-noacutexido de carbono adsorcioacuten y desorcioacuten de nitroacutegeno reso-nancia magneacutetica nuclear absorcioacuten atoacutemica difraccioacuten de rayos X microscopiacutea electroacutenica de barrido y transmisioacuten de alta resolucioacuten reduccioacuten a temperatura programada y espec-troscopiacutea Raman

El anaacutelisis de las propiedades texturales de los materiales in-dica que a medida que el contenido de silicio se incrementa el aacuterea superficial especiacutefica disminuye este comportamiento es contrario al diaacutemetro promedio de poro y al volumen total de

poro los cuales se incrementan en composiciones elevadas de silicio promoviendo la formacioacuten de estructuras meso y ma-croporosas Mediante infrarrojo se determinoacute que la cantidad de silicio empleada promueve la formacioacuten de sitios aacutecidos de naturaleza y fuerza distintas (Broslashnsted y Lewis) asiacute como gru-pos OH en la superficie de los soportes Se establecioacute que los sitios aacutecidos se forman debido a la generacioacuten de cargas en ex-ceso generadas por la incorporacioacuten de cationes de aluminio en la siacutelice y que la fuerza de estos sitios estaacute relacionada con la cantidad de aacutetomos de aluminio asiacute como con su estado de coordinacioacuten Se encontroacute que la promocioacuten de las fases sulfu-radas de los metales activos en cada catalizador no se favorece con contenidos altos de siacutelice La actividad cataliacutetica con crudo pesado para cada reaccioacuten de hidroprocesamiento se favorece por distintas propiedades de los materiales Para la reaccioacuten de hidrodesulfuracioacuten es necesario un nuacutemero de sitios activos correspondiente a la fase sulfurada que se desfavorece con el incremento de siacutelice en el soporte Para la hidrodesnitrogena-cioacuten se requiere combinar una dispersioacuten oacuteptima de sitios acti-vos y una acidez moderada Para la hidrodesmetalizacioacuten e hi-drodesasfaltenizacioacuten es necesario un equilibrio entre la acidez y las propiedades texturales para favorecer la difusioacuten de moleacute-culas grandes (asfaltenos) que tienen contenidas a las porfiri-nas de vanadio y niacutequel y el rompimiento de estas moleacuteculasMiguel Reina Litio grabado 2012

Miguel Reina Sodio grabado 2012

El Laboratorio Universitario de Microscopia Electroacute-nica (LUME) surge como parte del programa de crea-cioacuten de Laboratorios Universitarios de Investigacioacuten impulsado por la UNAM con el objetivo de unir los esfuerzos del personal acadeacutemico para la compra de equipos de alta demanda y costo con el fin de ha-cer un uso maacutes racional de los equipos y fortalecer la vinculacioacuten de la red de investigacioacuten de nuestra Universidad y como parte esencial de los esfuerzos de renovacioacuten de la infraestructura para realizar in-vestigacioacuten contemplada en el Plan de Desarrollo de la UNAM asi como el Proyecto Institucional de Re-novacioacuten de Infraestructura aprobado por el Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) en su Plan de Desarrollo 2009-2012 el cual incluye equipos labora-torios e instalaciones

Para la apertura del LUME se contoacute con el esfuerzo y participacioacuten institucional de las siguientes entida-des de la UNAM la Coordinacioacuten de la Investigacioacuten Cientiacutefica el Posgrado en Ciencia e Ingenieriacutea en Ma-teriales el Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnoloacutegico el Centro de Fiacutesica Aplicada y Tecnolo-giacutea Avanzada el Instituto de Ingenieriacutea y la Facultad de Quiacutemica quienes participan con proyectos inter-disciplinarios y con fondos concurrentes para la con-solidacioacuten del LUME

Cabe destacar tambieacuten que el LUME es un laborato-rio de gran importancia en la formacioacuten de recursos humanos ya que un nuacutemero significativo de estu-diantes de posgrados afines a la Ciencia e Ingenie-riacutea de Materiales (Ciencia e Ingenieriacutea de Materiales Ciencias Fiacutesicas Ciencias Quiacutemicas y Ciencias Meacute-dicas) se ven beneficiados con el uso de este labo-ratorio tanto en la realizacioacuten de sus proyectos de investigacioacuten como en su capacitacioacuten en teacutecnicas de observacioacuten microestructural y analiacuteticas de uacutelti-ma generacioacuten Por otro lado la apertura y equipa-miento del LUME permite al IIM participar en mejo-res condiciones en los servicios de apoyo y asesoriacutea tecnoloacutegica para las empresas que requieren anaacutelisis relacionados con la caracterizacioacuten microestructral de materiales por microscopiacutea electroacutenica

El LUME tiene como objetivo cientiacutefico la caracteriza-cioacuten estructural a nivel micromeacutetrico y nanomeacutetrico de los materiales asiacute como realizar estudios de anaacute-lisis estructural por difraccioacuten de electrones anaacutelisis quiacutemico por fluorescencia de Rx anaacutelisis de morfo-logiacutea y microestructura por Microscopiacutea Electroacutenica

Actualmente dispone de los siguientes equipos

bull Microscopio electroacutenico de barrido SEM Jeol 7600

bull Unidad de micromaquinado por haz de iones JEM-9320

bull Microscopio electroacutenico de barrido Leica-Cam-bridge con detector EDS y WDX para anaacutelisis quiacute-mico y con presentacioacuten de imaacutegenes bajo am-biente windows y OIM para textura

bull Microscopio electroacutenico de transmisioacuten JEOL 1200EX con detector EDS para anaacutelisis quiacutemico detector EELS para elementos ligeros capa de te-levisioacuten y sistema de barrido

bull Adelgazador Ioacutenico Edwards E306A

bull Adelgazador por ataque electroquiacutemico Struers Tenupol-3

bull Adelgazador mecaacutenico Gatan 656

Laboratorio Universitariode Microscopiacutea Electroacutenica


Grafeno un material con potencial para la tecnologiacutea electroacutenica del futuroClaudia Bautista Flores Joseacute Luis Beniacutetez Beniacutetez y Doroteo Mendoza Loacutepez Instituto de Investigaciones en Materiales UNAM

Aspectos generalesEl carbono es uno de los principales elementos que conforman la vida En la naturaleza se puede encontrar en dos formas alo-troacutepicas diamante y grafito estas formas tienen propiedades muy diferentes a pesar de estar formadas exclusivamente por carbono Lo que constituye la diferencia es la forma en la que estaacuten ordenados los aacutetomos en cada representacioacuten En 1985 se encontroacute otra forma peculiar del carbono los fullerenos que son moleacuteculas esfeacutericas formadas por pentaacutegonos y hexaacutegonos de aacutetomos de carbono En 1991 S Iijima descubrioacute otra forma del carbono los nanotubos que son monocapas o multicapas de grafito enrolladas de tal manera que forman un tubo Otra nueva forma es el grafeno que es un arreglo hexagonal bidi-mensional o red de panal de aacutetomos de carbono es decir una sola capa de grafito con 034 nm de grosor material del cual hablaremos en este artiacuteculo (figura 1)

Se creiacutea que el grafeno por ser un material bidimensional no podriacutea existir aislado del grafito en bulto pero el intereacutes en el material es grande En 1947 PR Wallace realizoacute un estudio teoacuterico sobre la estructura de bandas del grafeno Por otra par-te para sintetizarlo se intentoacute la exfoliacioacuten quiacutemica que con-

Jacqueline Garciacutea C 6 poema graacutefico 2012

Figura 1 a) Grafeno b) fullereno c) nanotubos d) grafito1

a)

b)c) d)


10

iexcl5iexcl1

iexcl2

iexcl2iexcl1

21

0 01 2

5

0

KyKx

EF

E(K)

siste en insertar moleacuteculas que sirven como cuntildeas entre los planos de grafito para tratar de separarlo en capas muy delga-das (intercalacioacuten) Se frotaron obleas de grafito contra otras superficies con lo que se obtuvieron peliacuteculas de hasta cien planos atoacutemicos Hasta que Konstantin Sergeevich Novoselov y Andre Konstantin Geim se dieron cuenta en 2004 de que usando cinta adhesiva para exfoliar pequentildeas hojuelas de gra-fito se separaban tan faacutecilmente las delgadas capas de grafeno que posteriormente al ser colocadas en el sustrato adecuado en su caso una capa de oacutexido de silicio sobre silicio era posible observar tanto monocapas como multicapas de grafeno (MdG) en un microscopio oacuteptico2 Esta sencilla teacutecnica es hoy conoci-da como exfoliacioacuten mecaacutenica de grafito Por este hallazgo y por la investigacioacuten posterior que el grupo ha realizado sobre el grafeno Novoselov y Geim fueron galardonados con el pre-mio Nobel de Fiacutesica en 2010

Este material hasta el momento el maacutes delgado conocido en la naturaleza tiene propiedades asombrosas El grafeno es un semimetal pues las bandas de conduccioacuten y valencia se tocan en un solo punto y el nivel de Fermi pasa justo por este punto esto es el grafeno no tiene una banda prohibida (figura 2)3 y esto permite que los electrones en el material puedan pasar sin ninguacuten problema de la banda de valencia a la banda de con-duccioacuten Posee una conductividad miacutenima4 de

h4e2

asymp 15 x 10thinsp4 Ωthinsp1

Otro aspecto muy importante del grafeno es que en la ve-cindad de los puntos de Dirac los portadores de carga se pro-pagan con una masa efectiva igual a cero el movimiento de estas cuasipartiacuteculas estaacute descrito por una ecuacioacuten tipo Dirac3 y la velocidad de Fermi asociada5 es de

s106mvF = 1 x

Figura 2 Estructura de bandas del grafeno donde E (k) es la energiacutea como funcioacuten del vector de onda k = (kx ky) En el acercamiento se aprecian los puntos de Dirac las bandas de valencia y conduccioacuten se tocan en esos puntos y coinciden con la energiacutea de Fermi EF

La movilidad de los portadores de carga es de 15 000 cm2Vs a 300 K y 60 000 cm2Vs a 4 K para muestras soportadas en sustratos y de 200 000 cm2Vs para muestras suspendidas a temperatura ambiente La movilidad es menor para muestras soportadas por sustratos debido a la interaccioacuten entre ambos lo cual afecta la dinaacutemica de los portadores en el grafeno En comparacioacuten el silicio y el arseniuro de galio tienen movilida-des de 1500 cm2Vs y 8500 cm2Vs respectivamente La con-ductividad teacutermica para el grafeno tambieacuten es muy alta de aproximadamente 5000 Wm-1K-1 a temperatura ambiente Pue-de soportar densidades de corriente seis oacuterdenes de magnitud maacutes que el cobre La alta conductividad eleacutectrica se debe a los grandes valores de la movilidad eleacutectrica y su excelente con-ductividad teacutermica a que los enlaces entre los aacutetomos de carbo-no son muy fuertes de tipo covalente y a las altas velocidades fonoacutenicas Los electrones viajan distancias submicromeacutetricas sin dispersarse sobre la red de grafeno ademaacutes en las muestras obtenidas por exfoliacioacuten de grafito no se encuentran defectos cristalinos El grafeno puede absorber varios aacutetomos y moleacutecu-las como NO2 NH3 K OH Al combinar grafeno puro con F y H se forma fluorografeno (tambieacuten denominado tefloacuten bidi-Jacqueline Garciacutea C 6 poema graacutefico 2012

19Materiales Avanzados 2012 Nuacutem 19 17-24

mensional)6 y grafano7 respectivamente Las propiedades de estos nuevos materiales son por supuesto diferentes de las del grafeno puro

Aun a temperatura ambiente se han podido observar fenoacute-menos como el efecto Hall cuaacutentico fraccional8 Por otra parte en el uacutenico material en el que se ha observado tunelaje de Klein es ni maacutes ni menos que en el grafeno9 esto es al comportarse los electrones en el grafeno como partiacuteculas relativistas po-driacutean atravesar barreras de potencial muy anchas y altas con una probabilidad igual a uno

El grafeno soacutelo absorbe 23 de la luz incidente mientras que el restante 977 se transmite4 este comportamiento es aceptable para longitudes de onda desde 550 nm aproximada-mente hasta el infrarrojo e incidencia normal Esta es una ca-racteriacutestica uacutetil cuando se requiere alta transparencia en la re-gioacuten visible y baja resistividad eleacutectrica

Con estas propiedades el grafeno tiene muchas aplicaciones potenciales las principales son en el campo de la electroacutenica como en los transistores de efecto de campo (FET por sus si-glas en ingleacutes) El grafeno puede extender el intervalo opera-cional de los transistores de alta movilidad electroacutenica (HEMT) hasta las frecuencias de terahertz debido fundamentalmente a su alta movilidad eleacutectrica maacutes grande que la del GaAs

Ya se han creado dispositivos con base de grafeno como tran-sistores en IBM con velocidades de 100 GHz 10 y 155 GHz11 los cuales casi no producen calor Tambieacuten han creado un mezcla-dor de frecuencias de banda ancha mdashque es un elemento fun-damental para los televisores celulares y radiosmdash que opera a 10 GHz entre 300 y 400 K12 Podriacutea tambieacuten usarse el grafeno en bateriacuteas13 microprocesadores antenas14 pantallas taacutectiles dio-dos y laacuteseres paneles solares15 fotodetectores16 caacutemaras noc-turnas sensores17 capas anticorrosivas18 supercapacitores cir-cuitos integrados de computadora transformadores de luz y componentes para microscopios electroacutenicos de transmisioacuten19 entre otros Debido a las propiedades electroacutenicas teacutermicas y a su geometriacutea el grafeno resulta un material idoacuteneo para apli-carlo en dispositivos termoacuacutesticos

Finalmente ademaacutes de la teacutecnica de exfoliacioacuten mecaacutenica existen otros meacutetodos para producir grafeno Se puede obtener a partir de hidrocarburos o casi de cualquier compuesto liacutequi-do soacutelido o gaseoso que contenga carbono Usando metales como Cu Ni Co Ru que actuacutean como catalizadores esta teacutec-nica de siacutentesis se llama descomposicioacuten teacutermica de vapores o

CVD (por sus siglas en ingleacutes) Con la teacutecnica de CVD se ha logrado fabricar grafeno con dimensiones laterales de 30 pul-gadas20 Otra teacutecnica muy usada junto con las dos anteriores es la de crecimiento epitaxial que consiste en la descomposi-cioacuten teacutermica del carburo de silicio (SiC) Ademaacutes de estos meacute-todos de siacutentesis de mono y multicapas de grafeno existen otros menos usados una descripcioacuten sencilla de algunos de estos meacutetodos de siacutentesis se puede encontrar en el artiacuteculo de CNN Rao et al21

Algunos experimentos realizados en nuestro laboratorioProduccioacutenUsamos cinta adhesiva para ldquodespegarrdquo el grafeno del grafito en bulto tal como lo hizo Novoselov En nuestro laboratorio he-mos logrado obtener grafeno con esta teacutecnica en la figura 3 se muestra el procedimiento de la exfoliacioacuten y una imagen de grafeno obtenida con el microscopio oacuteptico

El grafeno es el uacutenico material donde se ha

observado tunelaje de Klein

Figura 3 a) Hojuelas de grafito antes de la exfoliacioacuten mecaacutenica b) la cinta adhesiva se ha pegado y despegado sobre siacute misma una sola vez c) la cinta se ha pegado y despegado sobre siacute las veces necesarias para cubrir el largo de la cinta de las hojuelas exfoliadas d) las capas de grafeno sobre el sustrato vistas al microscopio oacuteptico G corresponde al grafeno S al sustrato


UNAM

GS

a)

b)

d)

c)


Tambieacuten obtenemos multicapas de grafeno con la teacutecnica de CVD con hexano liacutequido y metano como precursores del car-bono y laacutemina de cobre como catalizador En el proceso de siacuten-tesis se usa el hidrocarburo diluido con hidroacutegeno a una tem-peratura de 1000 degC y a presioacuten atmosfeacuterica todos los detalles del proceso se pueden encontrar en la referencia 22

Cuando el sistema se enfriacutea el carbono queda en forma de multicapas sobre la superficie del cobre y toma la morfologiacutea de eacuteste Las multicapas obtenidas sobre el cobre pueden transferir-se a diferentes sustratos para su caracterizacioacuten Con las condi-ciones y los materiales mencionados se obtuvieron aproxima-damente once capas de grafeno con el empleo de hexano liacutequido y cinco capas con el metano

CaracterizacioacutenUna de las teacutecnicas oacutepticas que ha demostrado ser uacutetil para calcular el nuacutemero de capas de grafeno soportadas en el sustra-to SiO2Si es la del contraste oacuteptico por reflexioacuten23 en la que el contraste oacuteptico se define como

IGIS

C = 1

Donde IG e IS son las intensidades de la luz reflejada por las capas de grafeno sobre el sustrato y la reflejada soacutelo por el sus-trato respectivamente Debido al tamantildeo de las muestras obte-nidas por exfoliacioacuten mecaacutenica de grafito no podemos usar ninguacuten dispositivo que nos permita medir directamente las intensidades de la luz que intervienen en la ecuacioacuten por lo que es necesario emplear un microscopio oacuteptico Los colores que observamos en la actualidad en los dispositivos digitales son asignados a cada pixel de la imagen mediante el sistema de color RGB que es una combinacioacuten de los colores rojo (red) verde (green) y azul (blue) La luz del microscopio incide nor-malmente sobre el sustrato la luz que refleja este sistema airendashmuestrandashsustrato permite ver imaacutegenes como las de la figura 3d entonces las fotografiacuteas obtenidas son el resultado de la luz que reflejan las muestras Con base en esta idea y en que el mayor contraste de este sistema se observa en luz verde23 to-mamos la componente G de la imagen digital del sustrato y de las capas de grafeno usamos la ecuacioacuten anterior y al comparar con el contraste teoacuterico conocemos el nuacutemero de capas de gra-feno el caacutelculo completo del contraste teoacuterico aparece en la referencia 22 y los resultados se muestran en la figura 4 Desde luego estos resultados no son suficientes para decir que la teacutec-nica de los nuacutemeros RGB es vaacutelida Para corroborar los resul-tados de la figura 4 se emplea espectroscopia Raman que tam-bieacuten es muy uacutetil para diferenciar el nuacutemero de capas de grafeno Encontramos que los espectros Raman concuerdan con el nuacute-mero de capas predicho por la teacutecnica usada al menos hasta cuatro capas

Figura 4 Contraste oacuteptico las liacuteneas punteadas horizontales corresponden al contraste teoacuterico A partir de cuatro capas es difiacutecil decir cuaacutentas capas tenemos usando la teacutecnica de los nuacutemeros RGB

El grafeno se despega del grafito con cinta

adhesiva


16

12

14

10

8

6

4

2

00 20 40 60 80

4 capas (1082 )

3 capas (892 )

2 capas (652 )

grafeno (357 )

Nuacutem de muestra

Con

tras

te (

)


sensor de temperatura

multicapas de grafeno

generador de funciones Wavetek

vidrio

Figura 5 a) Arreglo para transmisioacuten y muestras obtenidas por CVD 1 fuente de luz 2 filtro 3 muestra de multicapas de grafeno sobre un sustrato de cuarzo 4 luz transmitida 5 fotodiodo 6 amperiacutemetro b) se observan las muestras obtenidas por CVD sobre cobre y sobre un sustrato de cuarzo en este uacuteltimo se observa la transparencia de las multicapas c) se presentan los resultados de la transmitancia de las multicapas de grafeno usando el dispositivo en a

Figura 6 UV-Vis de once y cinco capas de grafeno obtenidas por CVD usando hexano liacutequido y metano respectivamente

Figura 7 Arreglo experimental para medir las variaciones de temperaturas generadas por las multicapas de grafeno cuando son excitadas por una corriente alterna

Para conocer el nuacutemero de capas obtenidas por CVD hemos implementado un arreglo experimental para medir la intensi-dad de la luz transmitida por las muestras El arreglo experi-mental y los resultados obtenidos con eacuteste se presentan en la figura 5a y b respectivamente en la figura 6 presentamos es-pectros UV-Vis que refuerzan el resultado del nuacutemero de capas que se obtienen con la propuesta anterior24

Efecto termoacuacutestico Trabajamos con multicapas (cinco capas) para estudiar el efec-to termoacuacutestico El experimento consiste en excitar la muestra con una sentildeal sinusoidal con un generador de funciones por la parte posterior del vidrio se coloca un termopar muy delgado conectado a un sensor de temperatura tal como se muestra en la figura 7


a)

c)

s G luz blanca

Nuacutem de muestrasTr

ansm

itanc

ia (

)

620 nm905 nm

0000

3

21

5

100

0 2 4 6 8 10 12

90

80

70

60

50

40

6

4

grafeno ideal (977 )

5 capas de grafeno

100

60

80

40

90

50

70

30

11 capas de grafeno

200 600 1000400 800 1200

Tran

smita

ncia

()

Longitud de onda (nm)

b)


En la figura 8 se presenta la medicioacuten de las variaciones de la temperatura debido al efecto Joule Se puede apreciar que la frecuencia en la variacioacuten de la temperatura es el doble que la frecuencia de excitacioacuten este comportamiento tambieacuten se ob-serva cuando se mide la frecuencia del sonido que se emite Es interesante hacer notar que en condiciones apropiadas de bajo ruido ambiental es posible detectar a simple oiacutedo humano el sonido generado por el dispositivo Con estos resultados se confirma que el efecto que se observa es termoaacutecustico

nelaje de Klein) Para estudiar la existencia del tunelaje de Klein se construyeron dispositivos del tipo junta tuacutenel em-pleando multicapas de grafeno como electrodos y el vaciacuteo en-tre ambos electrodos actuando como la barrera de potencial (figura 9a)25 En la figura 9b aparece la caracteriacutestica de co-rrientendashvoltaje para tres temperaturas de un dispositivo de este tipo Pueden observarse en esta figura dos regiacutemenes en el comportamiento eleacutectrico uno lineal a bajos voltajes y otro su-perlineal a voltajes altos Existe la prediccioacuten teoacuterica que dice que para el tunelaje de Klein la corriente eleacutectrica tiene una dependencia del voltaje del tipo ~V3226 En la figura 9b se gra-fica el comportamiento teoacuterico predicho y puede observarse que a altos voltajes los resultados experimentales tienen un comportamiento muy cercano al esperado Este resultado pa-rece avalar la existencia del tunelaje de Klein en el grafeno

Figura 9 a) configuracioacuten esquemaacutetica para observar el efecto tuacutenel de electrones a traveacutes de una barrera de potencial (liacutenea roja) entre dos capas de grafeno a ambos lados de la barrera b) caracteriacutestica corrientendashvoltaje de una junta tuacutenel donde se observa un comportamiento superlineal a altos voltajes con una potencia 32 como se predice teoacutericamente para tunelaje de Klein Las mediciones se hicieron a diferentes temperaturas 89K (triaacutengulos) 296K (ciacuterculos) y 380K (cuadrados)

Figura 8 Comparacioacuten entre la sentildeal de excitacioacuten y la temperatura de la muestra debido al calentamiento por efecto Joule

Un experimento de efecto tuacutenelPor el hecho de que en la cercaniacutea de los puntos de Dirac el comportamiento de los portadores de carga en el grafeno pue-de describirse con la ecuacioacuten relativista de Dirac surge la pre-gunta sobre la posibilidad de observar experimentalmente el efecto tuacutenel predicho por Klein para partiacuteculas relativistas (tu-


Temperatura medida con el termoparVoltaje aplicado

60

80 12

10

8

6

4

2

0

2

4

6

8

40

200 100 150 200 250 300 35050

Tem

pera

tura

(degC

)

Volta

je [V

]

Tiempo (s)

102

103

104

b)a)

e

0015V

001 01

00314V32

Cor

rient

e (A

)

Voltaje (V)(v) i


Comentarios finalesLa estructura hexagonal bidimensional del grafeno es la res-ponsable de sus peculiares propiedades electroacutenicas oacutepticas y fonoacutenicas Estas propiedades a su vez permiten que el grafeno tenga un gran potencial para aplicaciones principalmente en el campo de la optoelectroacutenica Por eso nos ha interesado obte-nerlo caracterizarlo modificarlo y realizar diversos experi-mentos con este material Hemos obtenido grafeno mediante exfoliacioacuten mecaacutenica de grafito y multicapas de grafeno con la teacutecnica de CVD Actualmente trabajamos en la conversioacuten de grafeno a tipo n y tipo p al introducir diferentes impurezas para posteriormente fabricar y estudiar las propiedades oacutepticas y electroacutenicas de sistemas complejos (metamateriales) Hemos realizado y continuaremos llevando a cabo diversos experi-mentos para estudiar el efecto termoacuacutestico de tunelaje de Klein y dispositivos del tipo junta tuacutenel hiacutebridos con grafeno y materiales magneacuteticos o superconductores

Es importante mencionar que en el laboratorio hemos en-contrado lo que parece ser un nuevo fenoacutemeno en las multica-pas de grafeno modulacioacuten de la transmitancia oacuteptica con una sentildeal eleacutectrica fenoacutemeno que eventualmente podriacutea ser uacutetil en la transmisioacuten de informacioacuten por medios oacutepticos

Finalmente es interesante resaltar que es tal la expectativa sobre las propiedades fiacutesicas y las posibles aplicaciones del gra-feno y sistemas relacionados que a propuesta de los premios Nobel Geim y Novoselov se crearaacute en Inglaterra el Instituto del Grafeno centro de investigacioacuten que se espera empiece a ope-rar en 201527

Bibliografiacutea1 AK Geim y KS Novoselov ldquoThe Rise of Graphenerdquo Nature Materials 6 (2007) 183-191 2 KS Novoselov AK Geim SV Morozov D Jiang Y Zhang SV Dubonos IV Grigorieva y AA Firsov ldquoElectric Field Effect in Atomically Thin Carbon Filmsrdquo Science 306 (2004) 666 3 KS Novoselov AK Geim SV Morozov D Jiang MI Kast-nelson IV Grigorieva S V Dubonos y AA Firsov ldquoTwo-di-mensional Gas of Massless Dirac Fermions in Graphenerdquo Na-ture 438 (2005) 197 4 PP Nair P Blake AN Grigorenko KS Novoselov TJ Booth T Stauber NMR Peres y A K Geim ldquoFine Structure Constant Defines Visual Transparency of Graphenerdquo Science 320 nuacutem 5881 (2008) 1308 5 AH Castro Neto F Guinea NMR Peres KS Novoselov y AK Geim ldquoThe Electronic Properties of Graphenerdquo Review of Modern Physics 81 nuacutem 1 (2009) 109-162 6 PP Nair W Ren R Jalil I Riaz VG Kravets L Britnell P Blake F Schedin AS Mayorov S Yuan MI Katsnelson HM Cheng W Strupinski LG Bulusheva AV Okotrub IV

Grigorieva AN Grigorenko KS Novoselov y AK Geim ldquoFluorographene A Two-Dimensional Counterpartrdquo Small 6 nuacutem 24 (2010) 2877-2884 7 DC Elias RR Nair TMG Mohiuddin SV Morozov P Blake MP Halsall AC Ferrari DW Boukhvalov MI Kats-nelson AK Geim y KS Novoselov ldquoControl of Graphenersquos Properties by Reversible Hydrogenation Evidence for Graphe-nerdquo Science 323 (2009) 610-613 8 YW Tan HL Stormer y P Kim ldquoExperimental Observation of the Quantum Hall effect and Berryrsquos Phase in Graphenerdquo Nature 438 (2005) 201-204 9 N Stander B Huard y DG Gordon ldquoEvidence for Klein Tunneling in Graphene p-n Junctionsrdquo Physical Review Letters 102 (2009) 026807(1-4) 10 YM Lin C Drimitrakopoulos KA Jenkins DB Farmer HY Chiu A Grill y P Avouris ldquo100-GHz Transistors from Wafer-Scale Epitaxial Graphenerdquo Science 327 (2010) 662 11 Y Wu YM Lin AA Bol KA Jenkins F Xia DB Farmer Y Zhu y P Avouris ldquoHigh-Frequency Scaled Graphene Tran-sistors on Diamond-Like Carbonrdquo Nature 472 (2022) 74-78 12 YM Lin AV Garciacutea SJ Han DB Farmer I Meric Y Sun Y Wu C Dimitrakopoulos A Grill P Avouris y KA Jenkins ldquoWafer-Scale Graphene Integrated Circuitrdquo Science 332 (2011) 1294-1297 13 Z Chen M Zhou Y Cao X Ai H Yang y J Liu ldquoIn Situ Generation of FewndashLayer Graphene Coatings on SnO 2-SiC Core-Shell Nanoparticles for HighndashPerformance LithiumndashIon Storagerdquo Adv Energy Mater XX (2011) 1-10



14 W Zhou J Lee J Nanda ST Pantelides SJ Pennycook y JC Idrobo ldquoAtomically Localized Plasmon Enhancement in Monolayer Graphenerdquo Nature Nanotech 7 (2012) 161-165 15 C Xie P Lv B Nie J Jie X Zhang Z Wang P Jiang Z Hu L Luo Z Zhu L Wang y C Wu ldquoMonolayer Graphene FilmSilicon Nanowire Array Schottky Junction Solar Cellsrdquo Appl Phys Lett 99 (2011) 133113(1-3) 16 T Echtermeyer L Britnell P Jasnos A Lombardo R Gor-bachev A Grigorenko A Geim A Ferrari y K Novoselov ldquoStrong Plasmonic Enhancement of Photovoltage in Graphe-nerdquo Nature Communications 2 nuacutem 8 (2011) 458(1-5) 17 S Lara-Aacutevila K Moth-Poulsen R Yakimova T Bjoslashrnholm V Falrsquoko A Tzalenchuk y S Kubatkin ldquoNon-Volatile Photo-chemical Gating of an Epitaxial GraphenePolymer Heteros-tructurerdquo Adv Mat 23 (2011) 878-882 18 D Prasai JC Tuberquia RR Harl GK Jennings y KI Bo-lotin ldquoGraphene Corrosion-Inhibitingrdquo ACS Nano 6 nuacutem (2012) 2 1102-1108 19 AK Geim ldquoGraphene Status and Prospectsrdquo Science 324 (2009) 1530-1534 20 S Bae H Kim Y Lee X Xu JS Park Y Zheng J Bala-krishnan T Lei HR Kim YI Son YJ Kim KS Kim B Oumlzyilmaz JH Ahn BH Hong y S Iijima ldquoRoll-to-Roll Pro-duction of 30-Inch Graphene Films for Transparent Electro-desrdquo Nature Nanotechnology 5 (2010) 574-578

21 CNN Rao KS Subrahmanyam HSS Ramakrishna Mat-te B Abdulhakeem A Govindaraj B Das P Kumar A Gosh y DJ Late ldquoA Study of the Synthetic Methods and Properties of Graphenesrdquo Science and Thechnology of Advanced Materials 11 nuacutem 5 (2010) 054502 (1-15) 22 C Bautista Flores ldquoProduccioacuten de monocapas y multicapas de grafeno determinacioacuten del nuacutemero de capas por teacutecnicas oacutepticasrdquo tesis de maestriacutea Meacutexico UNAM 2011 23 P Blake EW Hill AH Castro Neto KS Novoselov D Jiang R Yang TJ Booth y AK Geim ldquoMaking Graphene Vi-siblerdquo Applied Physics Letters 91 (2007) 063124(1-3) 24 C Bautista y D Mendoza ldquoMultilayer Graphene Synthesized by CVD Using Liquid Hexane as the Carbon Precursorrdquo World Journal of Condensed Matter Physics 1 (2011) 157-160 25 D Mendoza ldquoElectrical Conductivity of Collapsed Multila-yer Graphene Tubesrdquo World Journal of Nano Science and Engi-neering 2 (2012) 53-57 26 N Vandecastle A Barreiro M Lazzeri A Bachtold y F Mauri ldquoCurrentndashVoltage Characteristics of Graphene Devices Interplay Between ZennerndashKlein Tunneling and Defectsrdquo Phys Rev B 82 nuacutem 4 (2010) 045416(1-10) 27 G Brumfiel ldquoBritain s Big Bet on Graphenerdquo Nature 488 (2012) 140-141

claudiabautistafgmailcom



Procesamiento de aleaciones semiconductoras Ga(In)NM LoacutepezndashLoacutepez y M RamiacuterezndashLoacutepez Departamento de Fiacutesica Cinvestav-IPN G Contreras-Puente Escuela Superior de Fiacutesica y Matemaacuteticas-IPN G SantanandashRodriacuteguez IIM-UNAM R MendozandashPeacuterez Universidad Autoacutenoma de la Ciudad de Meacutexico J AguilarndashHernaacutendez y F de MourendashFlo-res Escuela Superior de Fiacutesica y Matemaacuteticas-IPN L ZamorandashPeredo Centro de Investigaciones en Micro y Nanotecnologiacutea Universidad Veracruzana VH MeacutendezndashGarciacutea Centro para la Innovacioacuten y Aplicacioacuten de la Ciencia y Tecnologiacutea Universidad Autoacutenoma de San Luis Potosiacute O de Melo Facultad de Fiacutesica Universidad de La Habana y J HuertandashRuelas Centro de Investigacioacuten en Ciencia Aplicada y Tecnologiacutea Avanzada Unidad Quereacutetaro

ResumenDesde hace poco los materiales basados en compuestos III-N mdashcon el elemento del grupo III aluminio (Al) galio (Ga) o indio (In)mdash han tenido un auge impresionante por sus propie-dades oacutepticas y eleacutectricas uacutenicas Estas aleaciones son bastante estables y poseen un amplio rango de ancho de banda de ener-giacutea prohibida que abarca longitudes de onda que van desde el ultravioleta profundo hasta el infrarrojo por tal motivo son susceptibles de utilizarse en una gran variedad de aplicaciones microelectroacutenicas y optoelectroacutenicas Algunas de estas aplica-ciones son transistores de alta movilidad electroacutenica (HEMT) diodos emisores de luz visible (LED) y diodos laacuteser (LD) En particular las aleaciones de Ga(In)N tienen un gran potencial para aplicaciones en celdas solares de alta eficiencia En este artiacuteculo presentamos resultados recientes de nuestro grupo de investigacioacuten concernientes al procesamiento y caracteriza-cioacuten de estos materiales

IntroduccioacutenEn la comunidad de cientiacuteficos y tecnoacutelogos en el aacuterea de los dispositivos fotovoltaicos existe un gran intereacutes por incremen-

Mariacutea Ruiz Mi aacuterbol 2011

tar la eficiencia de las celdas solares para aplicaciones terres-tres Estas aplicaciones no soacutelo prometen opciones energeacuteticas en lugares en donde la accesibilidad es muy limitada sino que ademaacutes ofrecen una alternativa de energiacutea limpia renovable y factible a corto plazo El desarrollo sostenido de las celdas sola-res exige tecnologiacuteas de fabricacioacuten sencillas y econoacutemicas Esto representa un gran reto pues se desean capas delgadas de materiales de entre 1 y 15 μm de espesor a las que se les pueda regular el ancho de banda prohibida entre 08 y 27 eV y que a la vez posean un coeficiente de absorcioacuten suficientemente alto (gt104 cm1) para favorecer la absorcioacuten de luz en la mayor par-te del espectro solar Ademaacutes se requiere que sus propiedades de transporte sean excelentes con una elevada movilidad y tiempos de vida de sus portadores que garanticen longitudes de difusioacuten de los portadores minoritarios de maacutes de 2 μm y que no sufran degradacioacuten de su fotoconductividad despueacutes de prolongadas exposiciones solares

Estas caracteriacutesticas pueden alcanzarse si se emplean como materiales absorbentes sistemas de materiales semiconducto-res (como los III-V) en aleaciones binarias ternarias e incluso cuaternarias fabricados mediante tecnologiacuteas de crecimiento


de peliacuteculas muy delgadas Las celdas solares con una sola capa o peliacutecula delgada absorbente de banda prohibida Eg pueden en teoriacutea alcanzar valores de hasta 30 de eficiencia en la con-versioacuten de energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica Las mejores efi-ciencias alcanzadas utilizando GaAs el cual tiene una banda prohibida de 142 eV son de alrededor de 26 a una radiacioacuten de 100 mWcm2 (un sol) y bajo concentracioacuten solar de 29 Para mejorar estas eficiencias los investigadores y fabricantes de celdas solares colocan materiales absorbentes apilados con diferentes bandas prohibidas los cuales permiten por una par-te la absorcioacuten selectiva de determinadas regiones del espectro solar y por otra garantizan el buen acoplamiento electrondashoacutepti-co de las distintas celdas Este disentildeo de multicapas se conoce como celdas solares tipo ldquotaacutendemrdquo Las celdas solares de dos uniones que combinan los materiales GaAs y GaInP han alcan-zado eficiencias de 32 1 En este tipo de celdas es necesario que los materiales que las constituyen tengan paraacutemetros de red muy proacuteximos para evitar esfuerzos mecaacutenicos en la inter-faz lo cual ayuda tambieacuten a disminuir el nuacutemero de estados electroacutenicos originados por defectos estructurales que dantildean el dispositivo La eficiencia maacutexima reportada para celdas de multiunioacuten de tres materiales (InGaPGaAsInGaAs) es de 42 para 406 soles de concentracioacuten2 Mientras que las eficien-cias alcanzadas para celdas solares de triple unioacuten se restringen a alrededor de 40 los resultados de modelacioacuten demuestran que se requieren celdas solares tipo ldquotaacutendemrdquo de por lo menos cinco uniones para alcanzar eficiencias mayores a 50 con una insolacioacuten de AM 15 y concentracioacuten solar de 500 soles el material para la celda superior debe tener un ancho de banda prohibida oacuteptimo de 24 eV3

Aleaciones Ga(In)NEl material Ga(In)N es una aleacioacuten semiconductora ternaria con estructura cristalina hexagonal Su estructura de bandas de energiacutea es de transicioacuten directa y su ancho de banda prohibida se puede variar desde 064 hasta 342 eV dependiendo de la cantidad de In y Ga presentes en la aleacioacuten Antildeadiendo Al para producir aleaciones cuaternarias GaAlInN el rango de variacioacuten de la banda prohibida aumenta de 064 a 62 eV esto es desde el infrarrojo hasta el ultravioleta profundo como se ilustra en la figura 1 Estos materiales tienen una alta capacidad teacutermica y su sensibilidad a la radiacioacuten ionizante es baja El desarrollo de capacidades tecnoloacutegicas para crecer multicapas de Ga(In)N con diferentes anchos de banda permitiraacute abarcar praacutecticamente todo el espectro solar como se muestra en la figura 2 Las anteriores propiedades hacen de este sistema se-miconductor un excelente candidato para su aplicacioacuten en la fabricacioacuten de dispositivos fotovoltaicos

En la actualidad se realizan esfuerzos en diversos laborato-rios para producir celdas solares de materiales Ga(In)N Por ejemplo hace poco se reportoacute una celda solar de Ga(In)N pro-cesada por la teacutecnica de depoacutesito por vapores quiacutemicos de ga-ses metalorgaacutenicos o MOCVD (por sus siglas en ingleacutes metal-organic chemical vapours deposit) que alcanza una eficiencia cuaacutentica externa (que es el porcentaje de pares electroacutenndashhueco creados del nuacutemero total de fotones) de 55 4 En esta celda se empleoacute soacutelo una capa de Ga(In)N con una concentracioacuten muy

Figura 2 Energiacutea del espectro de radiacioacuten solar El lado derecho de la graacutefica muestra la energiacutea de la transicioacuten directa de GaInN en funcioacuten de la cantidad molar de indio Se demuestra que es posible cubrir todo el espectro solar mediante aleaciones GaInN

Figura 1 Energiacutea de la brecha prohibida y la constante de la red cristalina de algunos semiconductores compuestos Las liacuteneas continuas indican las posibles aleaciones y paraacutemetros obtenidos entre los materiales binarios indicados en los extremos de cada liacutenea

0

1

2

26 28 30 32 34 36 38

3

4

5

6

7

A1N

Constante de red a (aring)

GaN

6H-SiCZnO

InN

zafir

o-c

Ener

giacutea

de la

bre

cha

proh

ibid

a (e

V)

35

30

20

40

25

15

10

16 12 08 04 00 04 06 08 1002

05

00

Ener

giacutea

(eV

)

GaInP

Radiacioacuten Solar(W(m2nm)

Fraccioacuten de In en InxGa1-xN

GaAs

Ge


baja de indio (~1) Para alcanzar eficiencias mayores a 60 se requiere disentildear dispositivos mucho maacutes elaborados con va-rias capas de Ga(In)N con diferentes concentraciones de In que permitan capturar fotones de un rango maacutes amplio de energiacuteas Sin embargo para lograr esta tecnologiacutea hay una se-rie de problemas que se deben resolver entre los que podemos mencionar a) la carencia de un sustrato de soporte oacuteptimo para las peliacuteculas de GaN y GaInN con una constante de red apropiada para evitar esfuerzos mecaacutenicos que pueden dete-riorar las caracteriacutesticas oacutepticas y eleacutectricas de la peliacutecula b) la alta opacidad de las multiuniones que puede dar origen a una pobre transmisioacuten oacuteptica entre capas c) la baja conductividad teacutermica de estos materiales que puede afectar el desempentildeo de los dispositivos d) la dificultad para encontrar los materiales adecuados para impurificar tipos p y n con la densidad de portadores apropiada en todo el rango de concentraciones de indio e) la necesidad de desarrollar los contactos eleacutectricos y recubrimientos antirreflejantes apropiados y f) la tendencia a la separacioacuten de fases de los materiales constituyentes En par-ticular este uacuteltimo problema es muy grave en aleaciones Ga(In)N con alto contenido de indio pues este elemento se segrega faacutecilmente hacia la superficie

Nuestro trabajoEn este artiacuteculo presentamos resultados recientes de nuestro grupo de investigacioacuten en la siacutentesis y caracterizacioacuten de mate-riales Ga(In)N cristalinos y policristalinos mediante tres teacutecni-cas diferentes epitaxia de haces moleculares (o MBE por sus siglas en ingleacutes molecular beam epitaxy) ablacioacuten laacuteser (AL) y transporte de vapor en espaciado cercano (o CSVT por sus si-glas en ingleacutes close spaced vapor transport)

Crecimiento por MBEEs una teacutecnica que proporciona un control muy preciso de los flujos de aacutetomos (o moleacuteculas) que arriban al sustrato prove-nientes de celdas de efusioacuten por eso existe la capacidad de de-positar de una manera muy controlada monocapas atoacutemicas

de material (e incluso menos) El crecimiento se realiza en ul-tra alto vaciacuteo (~1010 Torr) por lo que las capas depositadas son monocristalinas con muy baja concentracioacuten de impure-zas residuales Las anteriores caracteriacutesticas hacen de MBE una teacutecnica ideal para incorporar aacutetomos de In de una manera muy controlada durante el crecimiento de aleaciones Ga(In)N Los crecimientos los realizamos con un reactor MBE de configura-cioacuten vertical de fuentes soacutelidas instalado en el Departamento de Fiacutesica del Cinvestav El sistema se muestra en la figura 3 y cuenta con celdas de efusioacuten de galio aluminio indio arseacuteni-co silicio magnesio y una fuente de plasma por radiofrecuen-cia para la produccioacuten de nitroacutegeno atoacutemico

Figura 3 Sistema MBE empleado en los crecimientos de compuestos III-N

Como primera etapa estudiamos el crecimiento del com-puesto binario GaN sobre sustratos de Si(111) Empleamos di-fraccioacuten de electrones de alta energiacutea (o RHEED por sus siglas en ingleacutes reflection highndashenergy electron diffraction) para moni-torear in situ el crecimiento Esta teacutecnica ademaacutes de proporcio-narnos informacioacuten relativa a la velocidad de depoacutesito nos permite evaluar cualitativamente el estado de la superficie du-rante el crecimiento


Caacutemara de crecimiento

RHEED

Caacutemara de anaacutelisisCaacutemara

de introduccioacuten

Celda de nitroacutegeno Celdas de efusioacuten


En la figura 4 mostramos los patrones RHEED en diferentes etapas del crecimiento de GaN sobre Si(111) empleando dos tipos de procesos crecimiento directo y crecimiento con una capa ldquocolchoacutenrdquo de Al En La figura 4a se muestra el patroacuten RHEED del sustrato de Si(111) despueacutes de calentarlo a 900 degC y lograr la desorcioacuten de los oacutexidos superficiales Podemos ob-servar una reconstruccioacuten 7pound7 tiacutepica de una superficie de

Si(111) atoacutemicamente limpia En el primer proceso la superfi-cie limpia de Si se expuso al flujo de aacutetomos de nitroacutegeno ante lo cual la reconstruccioacuten superficial se desvanecioacute (figura 4b) y posteriormente despueacutes de algunos minutos el patroacuten RHEED se tornoacute difuso lo cual indica la formacioacuten de material amorfo Mediante microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten corrobora-mos la formacioacuten de una capa amorfa presumiblemente de SiNx con un espesor de aproximadamente 20 nm (figura 5)

El patroacuten RHEED de la peliacutecula de GaN crecida sobre esta capa amorfa se muestra en la figura 4c el cual contiene puntos de transmisioacuten correspondientes a una estructura hexagonal el crecimiento es muy rugoso con una alta densidad de defectos Para evitar la nitridacioacuten de la superficie de Si en el segundo proceso sobre la superficie limpia de Si depositamos una capa de aluminio de 30 nm de espesor cuyo patroacuten RHEED aparece en la figura 4d Sobre esta capa de Al realizamos el crecimiento de GaN que presentoacute patrones RHEED lineales y ademaacutes una reconstruccioacuten superficial 2pound2 como se observa en la figura 4e lo cual indica una superficie atoacutemicamente plana

Figura 4 Patrones RHEED en diferentes etapas del crecimiento de GaN adquiridos despueacutes de a) desorber los oacutexidos superficiales del sustrato Si(111) b) exponer el sustrato desorbido al flujo de aacutetomos de N c) crecer una peliacutecula de GaN (despueacutes de la etapa b) d) depositar 30 nm de Al sobre Si(111) desorbido y e) crecer una peliacutecula de GaN (despueacutes de la etapa d)

Figura 5 Imagen obtenida por microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten en seccioacuten transversal de una peliacutecula de GaN crecida por MBE sobre Si(111)

En el laboratorio sintetizamos materiales

Ga(In)Ncon tres teacutecnicas

Crecimiento por ablacioacuten laacuteserEn esta teacutecnica se emplea un haz de luz laacuteser pulsado de alta intensidad (en promedio de hasta 10 W) de energiacutea del orden de cientos de mJ y con un tiempo de duracioacuten de pulso de na-nosegundos enfocado sobre el blanco del material que se desea depositar El blanco se eleva a temperaturas muy altas por lo que se produce una eyeccioacuten tipo pluma de aacutetomos iones y Mariacutea Ruiz Mi aacuterbol 2011

SiN amorfo

(111) Si

(0001) α-GaN


electrones Estas especies con una gran energiacutea cineacutetica reco-rren una pequentildea trayectoria hasta alcanzar el sustrato en donde se lleva a cabo la correspondiente cineacutetica de crecimien-to del orden de una monocapa o menos hasta la formacioacuten de la peliacutecula Tanto el blanco como el sustrato se mantienen en el interior de una caacutemara de vaciacuteo (entre 105 106 Torr) o en atmoacutesfera de alguacuten gas inerte En nuestro caso empleamos blancos de GaN y Ga(In)N Se puede elevar la temperatura del sustrato a fin de que los fenoacutemenos de nucleacioacuten formacioacuten de las islas y coalescencia sean lo maacutes completos posible y al-

cancemos una buena calidad en las peliacuteculas asiacute crecidas Estos crecimientos pueden ocurrir en islas (i) capa por capa (cc) o a traveacutes de procesos compuestos (indashcc) la morfologiacutea superficial dependeraacute en gran parte del tipo de sustrato que se utilice Los paraacutemetros criacuteticos de crecimiento con la teacutecnica AL son lon-gitud de onda λ de la luz laacuteser a emplear frecuencia de repeti-cioacuten de los pulsos duracioacuten del pulso temperatura del sustra-to presioacuten de la caacutemara de crecimiento introduccioacuten de gas en la caacutemara su presioacuten flujo y si es inerte o activo ionizado in-tensidad de la luz laacuteser y tipo de sustrato Nuestro trabajo en una primera fase se ha orientado al estudio de la dependencia de las caracteriacutesticas de las peliacuteculas en funcioacuten de estos paraacute-metros de crecimiento algunos de los cuales tendraacuten mayor influencia en los crecimientos que otros como la temperatura del sustrato la intensidad de la luz laacuteser y el tipo de sustrato

Nuestros primeros crecimientos los realizamos con un blanco de GaN en funcioacuten del tipo de sustrato Fabricaremos otros blancos utilizando pastillas de GaN sinterizadas para conti-nuar con este estudio En una segunda etapa evaluaremos cuaacute-les son las mejores peliacuteculas que se emplearaacuten para la confor-macioacuten de un dispositivo e investigaremos la impurificacioacuten tipos p y n requeridas en los dispositivos fotovoltaicos El siste-ma de AL se muestra en la figura 6

Figura 6 Sistema de AL empleado en los crecimientos de compuestos III-N

El crecimiento con laacuteser depende del sustrato

y de varios paraacutemetros criacuteticos


Cantildeoacuten RED

Medidor de vaciacuteoIon-Gauge

Brazo portasustrato

Caacutemara de crecimientoCaacutemara de Introduccioacuten

Fuente de ionizacioacuten de nitroacutegeno


Crecimiento por CSVTLa teacutecnica de transporte de vapor en espaciado cercano es una versioacuten modificada de la teacutecnica de sublimacioacuten En nuestro grupo se ha empleado esta teacutecnica con eacutexito para procesar compuestos II-VI y III-V Recientemente en la Escuela Supe-rior de Fiacutesica y Matemaacuteticas del IPN se disentildeoacute construyoacute y puso en operacioacuten un sistema de CSVT dedicado exclusiva-mente al crecimiento de peliacuteculas delgadas de GaN (figura 7) El sistema auacuten requiere que se le instalen otros componentes de vaciacuteo y accesorios electromecaacutenicos que lo lleven a un ma-yor grado de automatizacioacuten y control Es importante comen-tar que hasta donde sabemos no existen reportes del creci-miento de aleaciones Ga(In)N con esta teacutecnica por lo que la investigacioacuten para obtener estos materiales mediante CSVT es un componente innovador de este proyecto Los principales paraacutemetros que debemos optimizar son las temperaturas del

Figura 7 Sistema CSVT empleado en los crecimientos de GaN

sustrato (Ts) y de la fuente (Tf) tambieacuten investigaremos la in-fluencia de otros paraacutemetros criacuteticos como el gas de transpor-te y la presioacuten y el flujo en la caacutemara de crecimiento Los creci-mientos de GaN se han llevado a cabo sobre sustratos de silicio cuarzo y zafiro variando los paraacutemetros Ts y Tf

Las peliacuteculas crecidas con los meacutetodos antes descritos se han caracterizado por diversas teacutecnicas entre las que se cuen-tan difraccioacuten de rayos X transmisioacuten oacuteptica microscopia electroacutenica de barrido microscopia electroacutenica de transmi-sioacuten espectroscopiacutea de energiacutea dispersa y espectroscopiacutea Ra-man entre otros

Como ejemplo presentamos los resultados obtenidos por espectroscopiacutea de fotoluminiscencia que es una de las teacutecnicas maacutes utilizadas para la determinacioacuten de la estequiometriacutea y ca-lidad de las peliacuteculas Estas mediciones se realizaron a tempe-ratura ambiente utilizando un laser de He-Cd con emisioacuten a



Indicadores de presioacuten

Control del baratroacuten

Indicadores de temperatura

Flujoacutemetro


una longitud de onda de 325 nm y una potencia de 16 mW En la figura 8 se muestran los espectros de fotoluminiscencia ob-tenidos para peliacuteculas de GaN crecidas por MBE CSVT y AL sobre sustratos de silicio monocristalino con orientacioacuten (111) De los espectros es faacutecil comprobar que la emisioacuten excitoacutenica se encuentra corrida hacia el rojo lo que podriacutea indicar falta de estequiometriacutea en las peliacuteculas obtenidas Tambieacuten se puede observar emisioacuten en la zona verdendashamarilla del espectro que es producida por estados asociados a las vacancias de Ga y a los defectos creados por esfuerzos mecaacutenicos que se originan en las interfaces y tambieacuten dentro de las peliacuteculas que se han de-positado No obstante la emisioacuten de luminiscencia obtenida que es observable a temperatura ambiente y a simple vista muestra que las peliacuteculas de GaN obtenidas por las tres teacutecni-cas son de una buena calidad

ConclusionesHemos presentado los resultados iniciales del crecimiento de peliacuteculas de GaN con las teacutecnicas de MBE AL y CSVT El con-trol de las etapas iniciales del crecimiento de GaN es funda-mental para obtener peliacuteculas con calidad para aplicaciones en dispositivos fotovoltaicos Mediante MBE logramos evitar la nitridacioacuten de la superficie de Si(111) empleando una capa de aluminio esto nos permite obtener peliacuteculas de GaN de buena calidad cristalina que pueden servir de base para el posterior crecimiento de peliacuteculas de Ga(In)N lo cual nos dariacutea la posi-bilidad de fabricar celdas solares de alta eficiencia

AgradecimientosEste trabajo fue apoyado por el proyecto Conacyt-Secretariacutea de Energiacutea con nuacutemero 151076 y el proyecto del Instituto de Ciencia y Tecnologiacutea del Distrito Federal y la Universidad Au-toacutenoma de la Ciudad de Meacutexico (ICyTDF-UACM) con nuacuteme-ro PI2011-52

Referencias1 I Garciacutea I Rey-Stolle B Galiana and C Algora ldquoA 326 Efficient Lattice-Matched Dual-Junction Solar Cell Working at 1000 Sunsrdquo Appl Phys Lett 94 (2009) 0535092 MA Green K Emery Y Hishikawa y W Warta ldquoSolar Cell Efficiency Tables (Version 37)rdquo Prog Photovolt Res Appl 19 (2011) 84-923 A de Vos Endoreversible Thermodynamics of Solar Energy Conversion Oxford Oxford University Press 19924 Y Kuwahara T Fujii Y Fujiyama T Sugiyama M Iwaya T Takeuchi S Kamiyama I Akasaki y H Amano ldquoRealization of NitridendashBased Solar Cell on Freestanding GaN Substraterdquo Appl Phys Exp 3 (2010) 111001

mlopezfiscinvestavmx

Figura 8 Espectros de fotoluminiscencia para peliacuteculas de GaN crecidas por MBE CSVT y AL


Inte

nsid

ad d

e FL

(ua

)

GaN crecido por la teacutecnica de MBE

GaN crecido por la teacutecnica de CSVT

GaN crecido por la teacutecnica de AL

350 400 450 500 550 650 650 700



Hidroacutexidos dobles laminares liberadores de moleacuteculas bioloacutegicas activas Mariacutea de Jesuacutes Martiacutenez Ortiz y Ariel Guzmaacuten Vargas Departamento de Ingenieriacutea Quiacutemica Industrial ESIQIE-IPN

IntroduccioacutenLos hidroacutexidos dobles laminares tambieacuten conocidos como materiales tipo hidrotalcita o arcillas anioacutenicas son materiales cristalinos nanoestructurados en forma laminar Se obtienen de la asociacioacuten de cationes metaacutelicos divalentes y trivalentes que ocupan el centro de octaedros cuyos veacutertices estaacuten consti-tuidos por grupos hidroxilos Los veacutertices se comparten entre octaedros para formar una estructura laminar de tipo brucita Mg(OH)2 En el caso de los hidroacutexidos dobles laminares (HDL) en comparacioacuten con la brucita la sustitucioacuten de una parte de los cationes divalentes por cationes trivalentes produ-ce cargas positivas en las laacuteminas Estas cargas positivas se compensan por aniones intercambiables generalmente solva-tados con moleacuteculas de agua alojados en el espacio interlami-nar (figura 1) En el caso de los HDL naturales los aniones CO3

2 se presentan con frecuencia en el espacio interlaminar debido a la adsorcioacuten de CO2 atmosfeacuterico Otros aniones tam-bieacuten pueden introducirse en el espacio interlaminar12

Se han realizado muchas investigaciones acerca de este tipo de materiales los cuales se emplean en general como cataliza-dores sensores electroquiacutemicos adsorbentes receptores de

Lesly Ivonne Preciado Serie Poesiacutea 2011 fotografiacutea digital

diferentes tipos de especies anioacutenicas aditivos para retardantes de flama cementos y poliacutemeros produccioacuten de nanocomposi-tos y materiales hiacutebridos3-5

Los hidroacutexidos dobles laminares materiales multifuncionalesLos HDL tienen algunas propiedades intriacutensecas interesantes como capacidad de intercambio anioacutenico amplia variedad de

Figura 1 Estructura de un hidroacutexido doble laminar

Laacutemina tipo brucita 48 Aring

Regioacuten interlaminar(An H2O)

DondeMII Cationes divalentesMIII Cationes trivalentesAn Aniones de compensacioacuten

Foacutermula[MII

1xMIII

x(OH)2]x+(An)

xnmH

2O


composicioacuten quiacutemica aacutecidondashbasicidad modulable aacuterea super-ficial elevada efecto memoria y sensibilidad al pH

Estas propiedades permiten la obtencioacuten de una gran varie-dad de tipos de esta familia de materiales al modificar su es-tructura cristalina su morfologiacutea asiacute como su composicioacuten quiacutemica con el fin de obtener las caracteriacutesticas especiacuteficas para las aplicaciones deseadas (figura 2)6-8

Materiales con aplicaciones en farmacologiacutea En antildeos recientes ha habido un gran intereacutes por incorporar mo-leacuteculas bioloacutegicamente activas en la estructura de los HDL con objeto de aplicarlos en el aacuterea de la medicina mediante la obten-cioacuten de materiales hiacutebridos9-12 La biocompatibilidad de una moleacutecula activa puede modificarse de acuerdo con la variacioacuten en la composicioacuten quiacutemica de los HDL debido a la sensibilidad de estos materiales a los cambios de pH Por ejemplo un HDL que contiene uacutenicamente magnesio y aluminio (MgAl) en su estructura que corresponde al mineral natural llamado hidro-talcita ha sido muy utilizado debido a su estabilidad frente al pH fisioloacutegico mientras que un HDL con composicioacuten ZnAl puede tener aplicacioacuten a un pH maacutes aacutecido y mediante la propie-dad de intercambio anioacutenico los HDL pueden albergar de ma-nera selectiva y adecuada este tipo de biomoleacuteculas para la ob-tencioacuten de materiales tipo composito la uacutenica restriccioacuten es que estas biomoleacuteculas funcionales esteacuten cargadas negativa-mente para poder alojarse en el espacio interlaminar de los ma-teriales tipo hidrotalcita13 Por otra parte no existen limitacio-nes en cuanto al tamantildeo del anioacuten que se introduce en el espacio

interlaminar lo que proporciona otra ventaja debido al gran tamantildeo de las moleacuteculas bioloacutegicas activas asiacute los HDL pueden adaptarse perfectamente para la formacioacuten de materiales hiacutebri-dosndashorgaacutenicos en el campo de la farmacologiacutea

cataacutelisisadsorcioacuten

de cromoacuteforosliberacioacuten de drogas

Nanocompositos a partir de HDL

Figura 2 Ejemplos de aplicaciones de los hidroacutexidos dobles laminares

d = 447 nme = 048 nm

d e



Los HDL y la dosificacioacuten controlada de drogas Algunos estudios se han enfocado en el tiempo de dosificacioacuten de algunos faacutermacos como por ejemplo la furosemida un diu-reacutetico empleado en el tratamiento de insuficiencia cardiaca congestiva hipertensioacuten y edema El problema de esta moleacute-cula es la baja y muy variable biodisponibilidad que se puede resolver con el mejoramiento de sus propiedades biofarmaceacuteu-ticas con este objetivo se realizaron pruebas para una nueva formulacioacuten mediante la intercalacioacuten de la furosemida dentro de la matriz inorgaacutenica de un material tipo hidrotalcita MgAl y su formulacioacuten como tableta para mejorar la liberacioacuten en el estoacutemago donde se absorbe preferentemente esta droga (figu-ra 3) Se realizaron pruebas in vitro simulando las condiciones del estoacutemago y se observoacute una alta y praacutecticamente completa liberacioacuten de la droga lo que significoacute que la combinacioacuten de la furosemida con un HDL MgAl con un superdesintegrante adecuado como aditivo y lactosa como excipiente produjo un efecto sineacutergico capaz de mejorar la liberacioacuten adecuada de la furosemida Ademaacutes los resultados mostraron que el confina-miento de la droga dentro de este HDL MgAl ofrece ventajas en teacuterminos del aislamiento del medio ambiente mejorando asiacute su estabilidad y almacenamiento a lo largo del tiempo12

gaacutelico Estas moleacuteculas fueron incorporadas dentro de un HDL MgAl mediante los meacutetodos de intercambio ioacutenico y copreci-pitacioacuten (figura 4)

Se observoacute un comportamiento de liberacioacuten in vitro de las drogas gradual y bifaacutesico del HDL MgAl a un pH de 74 esta-bilizado con una solucioacuten buffer fosfatada Ademaacutes no se ob-servaron fenoacutemenos de liberacioacuten brusca al comienzo de las pruebas in vitro por lo que los HDL de MgAl mostraron su efectividad como matrices para el almacenamiento de drogas antioxidantes inestables

Al mismo tiempo se estudioacute el efecto de los HDLndashantioxi-dantes en la retencioacuten de moleacuteculas productoras de radicales libres el resultado fue que tanto la liberacioacuten controlada de la carnosina y del aacutecido gaacutelico alojados en HDL MgAl funciona-ron como excelentes antioxidantes para la retencioacuten de radica-les con un largo periodo de liberacioacuten10

Los HDL se emplearaacuten para la dosificacioacuten de

diferentes faacutermacos

Figura 3 Esquema de simulacioacuten de dosificacioacuten de la furosemidaHDL MgAl

Figura 4 Estructura propuesta para la carnosina-HDL

Los hidroacutexidos dobles laminares como encapsuladores de drogas inestablesLos HDL que contienen exclusivamente Mg y Al en su estruc-tura se han utilizado como receptores de precursores de faacuterma-cos asiacute como de diversas moleacuteculas bioactivas Es el caso del encapsulamiento de antioxidantes como la carnosina y el aacutecido

FurondashHDL MgAl

Superdesintegrante

Lactosa

151 nm

103 nm



Los HDL como vehiacuteculos de silenciadores de genesComo es sabido el aacutecido ribonucleico (ARN) es un aacutecido nu-cleico formado por una cadena de ribonucleoacutetidos Este com-puesto estaacute presente en las ceacutelulas procariotas y eucariotas y es el uacutenico material geneacutetico de algunos virus En los organismos celulares desempentildea diversas funciones y es la moleacutecula que dirige las etapas intermedias de la siacutentesis proteica (figura 5) El ADN no puede actuar solo y se vale del ARN para transferir esta informacioacuten vital durante la siacutentesis de proteiacutenas Varios tipos de ARN regulan la expresioacuten geneacutetica mientras otros tie-nen actividad cataliacutetica

Por otra parte los siARN son moleacuteculas de ARN de doble hebra perfectamente complementarias que se originan a partir de un ARN largo de la doble hebra (dsARN) Los siARN supri-men la expresioacuten de algunos genes lo que los convierte en una herramienta valiosa para la investigacioacuten tanto en cultivos ce-lulares como en organismos vivos ya que los dsARN o siARN sinteacuteticos o transgeacutenicos pueden introducirse en las ceacutelulas para inducir el silenciamiento selectivo de genes especiacuteficos de intereacutes Esto ha permitido grandes avances en el desarrollo de la biologiacutea celular14

Asiacute recientemente se utilizaron nanopartiacuteculas de HDL MgAl como vehiacuteculos para la liberacioacuten controlada de siARN en ceacutelulas mamiacuteferas Estas nanopartiacuteculas fueron capaces de interaccionar estrechamente con los siARN y facilitar su absor-cioacuten dentro de las ceacutelulas mamiacuteferas viacutea endocitosis gracias a su tamantildeo a escala nanomeacutetrica de alrededor de 100 nm y a su carga superficial positiva 30 a 40 mV las cuales permanecie-ron sin alteraciones en asociacioacuten con los siARN Asimismo y debido a la capacidad que los HDL tienen para actuar como

buffers los siARN estuvieron protegidos del ambiente aacutecido del endosoma lo que ayudoacute a su liberacioacuten controlada y a su escape del mismo De esta manera se demostroacute que la libera-cioacuten se realizoacute de manera funcional y subsecuentemente pro-voca un silenciamiento temporal de los genes objetivo Ade-maacutes la baja citotoxicidad y disponibilidad de las nanopartiacuteculas de HDL en combinacioacuten con su capacidad de liberar funcio-nalmente los siARN las hace un vehiacuteculo prometedor para la eficiente liberacioacuten celular de siARN terapeacuteuticos in vivo con el propoacutesito de tratar diversas enfermedades15

Los HDL como materiales microencapsulados tipo core-shellActualmente se utiliza una gran variedad de sustancias activas microencapsuladas Este es el caso de algunos adhesivos cos-meacuteticos pesticidas fertilizantes fragancias y aceites esenciales vitaminas enzimas y poliacutemeros entre otros Estas sustancias se pueden incorporar a lo que se denomina materiales nanocom-positos con una morfologiacutea de tipo core-shell donde una sus-tancia con ciertas propiedades estaacute encapsulada para formar el nuacutecleo o core y estaacute recubierta por otro tipo de material con propiedades distintas y complementarias lo que se denomina shell Esto se realiza con el fin de lograr materiales multifuncio-nales16-20

Los HDL tambieacuten serviraacuten para silenciar genes

selectivamente

Figura 5 Estructura del ARN



En un trabajo reciente se obtuvieron con eacutexito nanocompo-sitos magneacuteticos tipo corendashshell intercalados con agentes anti-artriacuteticos a partir de materiales tipo hidrotalcita Por ejemplo la presencia de MgFe2O4 como parte del nuacutecleo del material le proporcionoacute las propiedades ferromagneacuteticas suaves Estas partiacuteculas magneacuteticas se recubrieron con un HDL MgAl-NO3 viacutea deposicioacuten con el fin de utilizar su propiedad de intercam-bio anioacutenico para finalmente intercalar tanto ibuprofeno como aacutecido glucuroacutenico dos agentes antiartriacuteticos21 El proceso de intercambio de los aniones nitrato por el ibuprofeno y el aacutecido glucuroacutenico condujo a la obtencioacuten de HDL magneacuteticos trans-portadores de biomoleacuteculas activas La introduccioacuten de los agentes antiartriacuteticos se comproboacute mediante el incremento en la distancia interlaminar de los materiales como se observa en la figura 6

El principal objetivo de sintetizar este tipo de materiales na-nocompositos tipo corendashshell fue la obtencioacuten de materiales con propiedades magneacuteticas biorgaacutenicas con suficiente canti-dad de agentes antiartriacuteticos y con mejor estabilidad teacutermica Por uacuteltimo estos materiales presentaron propiedades ferro-magneacuteticas que evidencian su potencial para usarlos en tera-pias magneacuteticas contra la artritis (figura 7)

ConclusioacutenEn los uacuteltimos antildeos han emergido nuevas aplicaciones para los hidroacutexidos dobles laminares o materiales tipo hidrotalcita ademaacutes de las aplicaciones ya bien conocidas en el campo de la cataacutelisis baacutesica heterogeacutenea Como se ha podido comprobar los efectos beneacuteficos que estos materiales pueden producir en la salud humana no tienen restricciones en diferentes tipos de terapias y usos farmaceacuteuticos

En general los materiales provenientes de las arcillas o que pertenecen a esta familia de materiales han incrementado su importancia en el aacuterea de la medicina y la farmacologiacutea gracias a sus propiedades intriacutensecas asiacute como a la inocuidad que pre-sentan en comparacioacuten con otras sustancias que pueden ser dantildeinas no soacutelo para la salud sino tambieacuten para el medio am-biente

Asiacute los HDL tambieacuten ofrecen a la comunidad cientiacutefica grandes avances con respecto a nuevas composiciones quiacutemi-cas al incorporar moleacuteculas bioactivas nuevas estructuras con diferentes propiedades y un adecuado control de su morfolo-giacutea entre otros Todo eso con el fin de lograr la liberacioacuten con-trolada deseada ademaacutes de respuestas multifuncionales a las demandas en la confeccioacuten de nuevos materiales hiacutebridos

Figura 6 Arreglos sugeridos para la intercalacioacuten de los aniones a) ibuprofeno y b) glucuronato en un HDL MgAl

Figura 7 Descripcioacuten esquemaacutetica de la terapia magneacutetica contra la artritis

Campo magneacutetico

nuacutecleo magneacuteticodroga antiartriacuteticadroga intercalada en HDL

Localizacioacuten magneacutetica de la droga Eliminacioacuten del campo magneacutetico liberacioacuten de droga

a) b)


Estos son algunos ejemplos de las nuevas aplicaciones de los HDL sin embargo la literatura es muy amplia y se puede exten-der hasta el desarrollo de nuevas terapias con antiinflamato-rios tratamientos para problemas en la piel y terapias contra el caacutencer y de manera general los efectos beneacuteficos que se pue-den lograr sobre la salud puacuteblica un gran reto no soacutelo para la medicina sino tambieacuten para los ldquodisentildeadoresrdquo de nuevos mate-riales biofuncionales

Bibliografiacutea1 S Miyata ldquoPhysicominusChemical Properties of Synthetic Hydro-talcites in Relation to Compositionrdquo Clays Clay Miner 28 (1980) 50-562 F Cavani F Trifirograve A Vaccari ldquoHydrotalciteminusType Anionic Clays Preparation Properties and Applicationsrdquo Catal Today 11 (1991) 173-3013 Q Wang D OrsquoHare ldquoRecent Advances in the Synthesis and Application of Layered Double Hydroxide (LDH) Nanosheetsrdquo Chem Rev 112 (2012) 4124-41554 Y Ono ldquoSolid base Catalysts for the Synthesis of Fine Chemi-calsrdquo J Catal 216 (2003) 406-4155 A Khenifi Z Derriche C Mousty V Preacutevot C Forano ldquoAd-sorption of Glyphosate and Glufosinate by Ni2AlNO3 Layered Double Hydroxiderdquo Appl Clay Sci 47 (2010) 362-371 6 E Lima MJ MartiacutenezminusOrtiz RI Gutieacuterrez-Reyes M Vera ldquoFluorinated Hydrotalcites The Addition of Highly Electrone-gative Species in Layered Double Hydroxides to Tune Basicityrdquo Inorg Chem 51 (2012) 7774-77817 MJ MartiacutenezminusOrtiz E Lima V Lara J Meacutendez-Vivar ldquoStructural and Textural Evolution during Folding of Layers of Layered Double Hydroxidesrdquo Langmuir 24 (2008) 8904-8911 8 F Prinetto M Manzoli G Ghiotti MJ MartiacutenezminusOrtiz D Tichit B Coq ldquoPdMg(Al)O Catalysts Obtained from Hydro-talcites Investigation of Acidminusbase Properties and Nature of Pd Phasesrdquo J Catal 222 (2004) 238-249 9 S Begu A AubertminusPoueumlssel R Polexe E Leitmanova DA Lerner JM Devoisselle D Tichit ldquoNew Layered Double Hy-droxidesPhospholipid Bilayer Hybrid Material with Strong Potential for Sustained Drug Delivery Systemrdquo Chem Mater 21 (2009) 2679-268710 X Kong L Jin M Wei X Duan ldquoAntioxidant Drugs Inter-calated into Layered Double Hydroxide Structure and in Vitro Releaserdquo Appl Clay Sci 49 (2010) 324-32911 JU Ha M Xanthos ldquoDrug release Characteristics from Na-noclay Hybrids and their Dispersions in Organic Polymersrdquo Int J Pharm 414 (2011) 321-33112 L Perioli G DrsquoAlba C Pagano ldquoNew Oral Solid Dosage Form for Furosemide Oral Administrationrdquo Eur J Pharm Biopharm 80 (2012) 621ndash62913 JH Choy SY Kwak YJ Jeong JS Park ldquoInorganic Layered

Double Hydroxides as Nonviral Vectorsrdquo Angew Chem 39 (2000) 4041-404514 EJ Sontheimer RW Carthew ldquoSilence from Within Endo-genous siRNAs and miRNAsrdquo Cell 122 (2005) 9-1215 K Ladewig M Niebert ZP Xu PP Gray GQM Lu ldquoEffi-cient siRNA delivery to mammalian cells using layered double hydroxide nanoparticlesrdquo Biomater 31 (2010) 1821-182916 Y Guo H Liu Y Li G Li Y Zhao Y Song Y Li ldquoControlled CoreminusShell Structure for Efficiently Enhancing FieldminusEmis-sion Properties of OrganicminusInorganic Hybrid Nanorodsrdquo J Phys Chem C 113 (2009) 12669-1267317 JM Lee DG Lee SJ Lee JH Kim IW Cheong ldquoOneminusStep Synthetic Route for Conducting CoreminusShell Poly(styrenepyrrole) Nanoparticlesrdquo Macromolecules 42 (2009) 4511-4519 18 W Kang H Li Y Yan P Xiao L Zhu K Tang Y Zhu Y Qian ldquoWormminusLike PalladiumCarbon CoreminusShell Nanocom-posites One-Step Hydrothermal ReductionminusCarbonization Synthesis and Electrocatalytic Activityrdquo J Phys Chem C 115 (2011) 6250-625619 KS Oh SK Han HS Lee HM Koo RS Kim KE Lee SS Han SH Cho SH Yuk ldquoCoreShell Nanoparticles with Lecithin Lipid Cores for Protein Deliveryrdquo Biomacromolecules 7 (2006) 2362-236720 X Xia J Tu Y Zhang X Wang C Gu X Zhao HJ Fan ldquoHighminusQuality Metal Oxide CoreShell Nanowire Arrays on Conductive Substrates for Electrochemical Energy Storagerdquo ACS Nano 6 (2012) 5531-553821 AN Ay B ZumreogluminusKaran A Temel V Rives ldquoBioinor-ganic Magnetic CoreminusShell Nanocomposites Carrying Antiar-thritic Agents Intercalation of Ibuprofen and Glucuronic Acid into Mg-Al-Layered Double Hydroxides Supported on Magne-sium Ferriterdquo Inorg Chem 48 (2009) 8871-8877

mjmartinezipnmx



Hacia la nanociencia verde nanomateriales nanoproductos y nanorresiduosCarlos Felipe Mendoza y Laura Meraz Cabrera Departamento de Biociencias e Ingenieriacutea CIIEMAD-IPN

Escasez de los recursos naturalesDebido a que los recursos naturales del planeta son limitados es necesario minimizar su consumo para preservarlos La siacuten-tesis de materiales tradicionalmente ha implicado el consumo de materias primas viacutergenes extraiacutedas de la tierra por lo que deberaacute incentivarse la cultura de la valoracioacuten y aprovecha-miento de los residuos susceptibles de tratamiento como una forma de contribuir a la disminucioacuten de la explotacioacuten de los recursos no renovables

Los procesos productivos involucrados en la ciencia de los nanomaterialesDurante la siacutentesis de nanomateriales a escala de laboratorio se genera conocimiento sobre las tecnologiacuteas y mecanismos que mejoran e innovan los procesos de siacutentesis Esta siacutentesis es el preaacutembulo de un proceso a escala industrial que es soacutelo una de las etapas del proceso productivo conformado por un conjunto mucho maacutes complejo de actividades para producir bienes y servicios competitivos1 En esta etapa se busca minimizar el consumo de recursos naturales aprovechar al maacuteximo la ener-giacutea involucrada en los procesos sistematizar y controlar dichos

Gilda Castillo Sin tiacutetulo (detalle)

procesos alcanzar estaacutendares elevados de calidad y seguridad asiacute como disminuir la emisioacuten de contaminantes al ambiente

Preparacioacuten de nuevos nanomaterialesEn la actualidad existen bastantes razones por las que se desea sintetizar materiales nanoestructurados El comportamiento de los materiales a escala nanomeacutetrica difiere notablemente de los materiales microscoacutepicos debido principalmente al arreglo de los aacutetomos en un volumen relativamente pequentildeo y su rela-tivamente grande aacuterea especiacutefica superficial Para la obtencioacuten de nanomateriales se busca disentildear el mecanismo de siacutentesis maacutes adecuado23 de tal manera que las propiedades fisicoquiacute-micas de los nanomateriales se produzcan a la medida y de acuerdo con la aplicacioacuten que se les quiere dar Sin embargo esas propiedades tan anheladas tambieacuten tienen efectos negati-vos sobre la salud de las personas y organismos que tienen con-tacto con los nanomateriales La identificacioacuten de los riesgos y la evaluacioacuten de la toxicidad asociada a la manipulacioacuten y uso de las nanoestructuras son auacuten incipientes

Por otro lado los nanoproductos4 son productos novedosos de uso comuacuten y de tecnologiacutea de vanguardia a los cuales se les


incorporan nanomateriales durante su fabricacioacuten La utiliza-cioacuten de nanomateriales para producir productos comerciales como los dispositivos electroacutenicos provee beneficios sociales pero tambieacuten afecta negativamente el medio ambiente la salud y la seguridad de los consumidores Por ejemplo en el campo de la salud5 si bien el uso de nanopartiacuteculas posibilita la detec-cioacuten de pequentildeas cantidades de sustancias dantildeinas y agentes infecciosos en el cuerpo humano debido a la mayor capacidad resolutiva de los instrumentos en contraposicioacuten la exposi-cioacuten a las nanopartiacuteculas permite que eacutestas atraviesen faacutecil-mente las barreras de los sistemas de proteccioacuten del organismo humano (cutaacuteneas y pulmonares) lo que dificulta la curacioacuten pues estaacuten fuera del alcance de las terapias actuales Otro ejem-plo es la utilizacioacuten de nanomateriales en el campo del sanea-miento ambiental que permite la eliminacioacuten de compuestos no deseados y nocivos presentes en el suelo el agua y el aire sin embargo el desconocimiento del ciclo de vida6 de los produc-tos producidos mediante tecnologiacuteas nanomeacutetricas impiden por el momento conocer sus efectos toacutexicos en los organismos vivos

Nanoproductos y nanorresiduos la basura del futuro Los nanorresiduos son aquellos materiales generados durante los procesos productivos cuyos tamantildeos son del orden de los nanoacutemetros Tambieacuten se consideran nanorresiduos los nano-productos cuya vida uacutetil ha terminado y que se desecharaacuten

La industria de los materiales y los procesos productivos in-volucrados en la manipulacioacuten de nanomateriales que los in-corporan a la fabricacioacuten de nuevos productos son baacutesicamen-te los generadores de nanorresiduos en los sitios de produccioacuten ya que en sus procesos los obtienen como subproductos inde-seables o como fugas en los sistemas de produccioacuten Tambieacuten los consumidores al utilizar y desechar los nanoproductos generan este tipo de residuos (figura 1)

En la actualidad el conocimiento sobre los nanorresiduos es incipiente y por eso no existen normas reglamentos de seguri-dad ni directivas referentes a su eliminacioacuten En Meacutexico la le-gislacioacuten preveacute claramente que los residuos peligrosos con ca-racteriacutesticas CRETIB (corrosivo reactividad explosividad toacutexico inflamable bioloacutegico infeccioso) deberaacuten tratarse o colocarse en sitios de confinamiento especial por lo que los nanorresiduos generados in situ durante los procesos produc-tivos son susceptibles de tener el mismo trato Sin embargo hay una laguna en la legislacioacuten pues no contempla queacute hacer con los nanoproductos desechados

No hay una ley o reglamento que especiacuteficamente se refiera

Figura 1 Hacia la nanociencia verde recursos naturales procesos productivos nanomateriales nanoproductos y nanorresiduos

Las nanopartiacuteculas detectan sustancias

dantildeinas en el organismo

Hacia una nanociencia verde

faacutebricas

Reciclar segregar desmantelar reusar extraer purificar recuperar valorizacioacuten energeacutetica (combustioacuten)

reciclar

medio ambiente

medio ambiente

calefactor porta muestras


a la recoleccioacuten o tratamiento de los nanorresiduos sin embar-go es de suponer que son susceptibles de regirse por las orde-nanzas existentes tanto para los residuos peligrosos en el caso de los nanorresiduos como para los residuos soacutelidos urbanos en el caso de los nanoproductos desechados Aunque deberaacuten realizarse estudios para comprobar que eso es lo maacutes conve-niente

En el aacutembito mundial hay muchos estudios sobre la manera de fabricar nanoestructuras y su implementacioacuten para lograr productos de tecnologiacutea avanzada Tambieacuten se conocen con certeza los subproductos que se generan en esos procesos Lo que ya no estaacute del todo claro es lo que se hace con los nanorre-siduos generados se puede suponer que cada paiacutes les da el tra-to que marca su respectiva legislacioacuten pero no se encuentra evidencia de la manera correcta de manipular los nanorresi-duos En el caso especial de Meacutexico por el momento la legisla-cioacuten no ha abordado de forma puntual este asunto pues para citar soacutelo un ejemplo por ninguacuten lado en la legislacioacuten aparece si los nanoproductos desechados (televisiones mezclillas em-paques y en general productos de uso comuacuten con nanopartiacutecu-las incorporadas) deberaacuten confinarse en los rellenos sanitarios o en sitios de confinamiento especial

Comentarios finalesLas nanopartiacuteculas fabricadas o usadas en los procesos pro-ductivos podriacutean ser liberadas como efluentes al aire el suelo y los cuerpos de agua lo que afectariacutea gravemente el ciclo del agua la vegetacioacuten y las especies en contacto con ellas y por lo tanto se pondriacutea en riesgo la seguridad alimentaria y la salud humana

Con la finalidad de disminuir los riesgos y toxicidad en las personas causada por la exposicioacuten a los nanomateriales por viacutea oral cutaacutenea o inhalacioacuten es necesario implementar estra-tegias para un manejo seguro en cada una de las etapas de la manipulacioacuten mediante la identificacioacuten de los peligros exis-tentes cuando se usan nanomateriales Asiacute la legislacioacuten debe-raacute regular la fabricacioacuten el uso la recoleccioacuten el transporte y el tratamiento de los nanomateriales asiacute como la disposicioacuten final de los nanorresiduos

La investigacioacuten estaacute obligada a desarrollar mejores praacutecti-cas en la siacutentesis y manipulacioacuten de los nanomateriales para

preservar el ambiente la salud y la seguridad Es necesario reemplazar en lo posible los nanomateriales viacutergenes por na-nomateriales reciclados y sustituir el sistema lineal de ldquosacarndashfabricarndashtirarrdquo1 por el ciclo cerrado (figura 1) en el cual los nanomaeriales se reutilizan infinitamente de modo que se eli-minan los desechos con la finalidad de dirigirse hacia la praacutec-tica de la nanociencia verde

Bibliografiacutea 1 A Leonard La historia de las cosas Buenos Aires Fondo de Cultura Econoacutemica 20102 O Goiz F Chaacutevez C Felipe N Morales R PentildeandashSierra ldquoSynthesis of Molybdenum Oxide Microsheets via ClosendashSpa-ced Vapor Transportrdquo Materials Science and Engineering B 174 (2010) 174-1763 O Goiz F Chaacutevez C Felipe R PentildeandashSierra N Morales ldquoCSVT as Technique to Obtain Nanostructured Materials WO3-Xrdquo Journal of Nano Research 9 (2010) 31-374 G BystrzejewskandashPiotrowska J Golimowski PL Urban ldquoNanoparticles Their Potential Toxicity Waste and Environ-mental Managementrdquo Waste Management 29 (2009) 2587-25955 JR PeraltandashVidea L Zhao ML LoacutepezndashMoreno G Rosa J Hong JL GardeandashTorresdey ldquoNanomaterials and the Envi-ronment A Review for the Biennium 2008ndash2010rdquo Journal of Hazardous Materials 186 (2011) 1-156 C Som M Berges Q Chaudhry M Dusinska TF Fernan-des SI Olsen B Nowack ldquoThe Importance of Life Cycle Con-cepts for the Development of Safe Nanoproductsrdquo Toxicology 269 (2010) 160-169

cfelipe98gmailcom

Los nanorresiduos pueden ser peligrosos y todaviacutea

no se legisla sobre su confinacioacuten


IMRC 2012

XXI

carteles vaneindd 1 260312 1635



Plaacutecido Zaca Moraacuten Fisicoquiacutemica de Materiales-ICUAP BUAP

IntroduccioacutenLa luz ha sido uno de los fenoacutemenos maacutes estudiados por la ciencia histoacutericamente se ha considerado de naturaleza cor-puscular ondulatoria y hasta se propuso un medio para su propagacioacuten llamado eacuteter La solucioacuten a esta paradoja la ofre-cioacute JC Maxwell en 1865 con el anaacutelisis de su teoriacutea electro-magneacutetica que demostraba que la luz es una onda capaz de propagarse en el vaciacuteo a una velocidad de 299792458 ms re-solviendo asiacute el problema del eacuteter y el descubrimiento de nue-vas ondas1 El estudio de esta teoriacutea nueva no soacutelo pudo de-mostrar que la luz estaacute formada por ondas sino que ademaacutes puede ejercer presioacuten al propagarse

Independientemente del comportamiento especiacutefico de la luz ondulatorio o corpuscular se sabe que eacutesta es portadora tanto de energiacutea como de momento lineal conservaacutendose am-bas cantidades en cualquier proceso de interaccioacuten entre radia-cioacuten y materia lo que dio origen a otra gran teoriacutea la mecaacutenica cuaacutentica En este contexto los trabajos principalmente de A Einstein y M Planck llevaron a la conclusioacuten de que bajo cier-tas circunstancias la luz tambieacuten se comporta como un flujo de partiacuteculas llamadas fotones y se asocia cada fotoacuten a una

Ana Luisa Soliacutes Gargollo Sontildeando Despierta fotografiacutea 2012 (detalle)

propiedad fiacutesica llamada momento lineal El efecto total de los fotones al interaccionar con un objeto es lo que se conoce como presioacuten de radiacioacuten efecto que ya en el siglo pasado se intentoacute medir para determinar la presioacuten ejercida por la luz sobre un cuerpo pero eacutesta fue demasiado deacutebil para ser detectada debi-do a que se requeriacutean equipos y teacutecnicas experimentales muy precisas para detectarla asiacute como fuentes luminosas adecua-das lo que dificultoacute su medicioacuten2

La historia cambioacute cuando aparecioacute el laacuteser en 1960 en gran parte por el hecho de que la radiacioacuten que emite es casi mono-cromaacutetica y coherente Es decir el laacuteser es una fuente de luz formada por un conjunto de ondas la mayoriacutea oscilando a una misma longitud (un solo color) mientras viajan simultaacutenea-mente34 Estas propiedades del laacuteser facilitan la concentracioacuten de una gran potencia a lo largo de una direccioacuten bien definida lo que permite generar una presioacuten de radiacioacuten de hasta seis oacuterdenes de magnitud mayor en una superficie en comparacioacuten con la luz del sol Sin embargo la presioacuten de radiacioacuten sigue siendo insignificante para objetos macroscoacutepicos pero llega a ser de gran importancia al actuar sobre objetos suficientemen-te pequentildeos


Diez antildeos despueacutes de la invencioacuten del laacuteser A Ashkin de-mostroacute la posibilidad de usar la presioacuten de radiacioacuten mediante un laacuteser de luz visible para afectar la dinaacutemica de partiacuteculas micro y nanomeacutetricas5 En su experimento utilizoacute microesfe-ras transparentes suspendidas en agua para evitar efectos de calentamiento por la absorcioacuten de la luz Asombrosamente no soacutelo encontroacute que la presioacuten de radiacioacuten era capaz de empujar las partiacuteculas en la direccioacuten de propagacioacuten del haz laacuteser sino que tambieacuten las partiacuteculas eran atraiacutedas hacia el centro en la direccioacuten transversal hacia las zonas maacutes intensas Partiendo de estos resultados Ashkin decidioacute colocar dos haces de luz en contrapropagacioacuten (direcciones opuestas) a lo largo de un eje horizontal de modo que las fuerzas ejercidas por cada uno de los laacuteseres se equilibren entre siacute en alguacuten punto intermedio en donde la partiacutecula es atrapada por la luz como se muestra en la figura 1 Estos descubrimientos marcaron el inicio de lo que hoy se ha convertido en una de las aacutereas de mayor importancia para la ciencia y la tecnologiacutea la manipulacioacuten oacuteptica comuacuten-mente llamada ldquopinzas oacutepticasrdquo Antildeos maacutes tarde Ashkin y sus

colaboradores pudieron atrapar y manipular organismos vivos como virus bacterias protozoos y hasta motores moleculares mediante fuerzas muy pequentildeas en el rango de una fraccioacuten de piconewtons (sim1x10iexcl12 N) Con el estudio de estas fuerzas la oacuteptica ha ido maacutes allaacute de un anaacutelisis detallado de las caracteriacutes-ticas y manifestaciones de la luz al interactuar con la materia particularmente con los materiales nanoestructurados

En el presente trabajo se muestra la relevancia del estudio de la presioacuten de radiacioacuten sobre los materiales nanoestructurados para llevar a cabo procesos de manipulacioacuten seleccioacuten y la im-plementacioacuten de peliacuteculas delgadas sobre fibras oacutepticas Los resultados del estudio estaacuten orientados para aplicaciones en el aacuterea de las comunicaciones por fibras oacutepticas filtros divisores espejos y dispositivos de absorcioacuten saturable La originalidad de la propuesta radica en que se abre una nueva posibilidad para combinar directamente las propiedades de los materiales nanoestructurados implementados sobre fibras oacutepticas me-diante la manipulacioacuten oacuteptica proponiendo un sistema faacutecil y de bajo costo

Presioacuten de radiacioacutenEn la deacutecada de los setenta y principios de los ochenta se ini-ciaron los estudios para comprender mejor los fundamentos fiacutesicos de la presioacuten de radiacioacuten de fuentes coherentes y su influencia en materiales a escalas muy pequentildeas El resultado fue la identificacioacuten de un componente perpendicular al eje de propagacioacuten que conduce a las partiacuteculas hacia las regiones de maacutexima intensidad conocido como fuerza de gradiente y otro componente que las empuja hacia adelante a lo largo del eje llamado fuerza de esparcimiento Es decir la fuerza total que ejerce la radiacioacuten sobre un objeto baacutesicamente se compone de dos fuerzas la de esparcimiento que es la encargada de empu-

La presioacuten de radiacioacuten de la luz actuacutea sobre

objetos muy pequentildeos

Haces contrapropagados

Figura 1 Arreglo experimental de dos laacuteseres colocados en contrapropagacioacuten para afectar la dinaacutemica de partiacuteculas

Laacuteser 2Laacuteser 1



jar la partiacutecula en la direccioacuten de propagacioacuten del haz y la de gradiente que tiene su origen en las variaciones de intensidad de la fuente y conduce las partiacuteculas hacia regiones de maacutexima intensidad efecto que se muestra en la figura 2 De acuerdo con la figura la partiacutecula se moveraacute hacia el centro de la cintu-ra del haz regioacuten en donde la suma de las fuerzas puede llegar a un estado de equilibrio lo que significa que la fuerza de ab-sorcioacuten tendraacute una magnitud igual pero en sentido contrario que la fuerza de gradiente dando como resultado la inmovili-dad de la partiacutecula Las ecuaciones asociadas a estas fuerzas estaacuten dadas por las siguientes expresiones

21Fgrad α΄(ω) ltE2gt

cnFesp ltSgt k4

6πε2 α(ω)(1)

(2)38Fespar (r) π(ka)4a2 I(r)c

zn2 m2 iexcl1m2 +1

donde α(ω) = α΄(ω) + iα (ω) es la polarizabilidad compleja que relaciona el iacutendice de refraccioacuten del medio y la partiacutecula ltSgt es el vector de Pointing que representa la intensidad de

radiacioacuten sobre un aacuterea determinada n es el iacutendice de refrac-cioacuten del medio c es la velocidad de la luz k el vector de onda del medio que describe la direccioacuten de propagacioacuten de la fuen-te ε0 es la permisividad en el vaciacuteo y (E2) es el gradiente del campo eleacutectrico que describe la relacioacuten de potencia de la fuente de radiacioacuten en funcioacuten de sus coordenadas espaciales6

El desarrollo de la nanotecnologiacutea ha permitido crear na-noestructuras con diferentes propiedades fisicoquiacutemicas de materiales dieleacutectricos semiconductores o metaacutelicos y morfo-logiacuteas tan variadas como nanoesferas nanotubos nanoalam-bres etc Si a esta situacioacuten le antildeadimos la necesidad de una solucioacuten como medio de suspensioacuten para una adecuada mani-pulacioacuten de los materiales nanoestructurados la fuerza resul-tante expresada por la suma de las ecuaciones (1) y (2) se com-plica en parte por la absorcioacuten espectral que actuacutea sobre una partiacutecula y en parte debido a las propiedades de la solucioacuten lo que implica adicionar una fuerza de absorcioacuten a las ya descri-tas que se expresa como

cnFabs ltSgt k

ε0α´´(ω) (3)

donde la parte imaginaria de la polarizabilidad α΄(ω) repre-senta el teacutermino complejo del iacutendice de refraccioacuten de los mate-riales con propiedades de absorcioacuten como los materiales me-taacutelicos

La absorcioacuten de la radiacioacuten ocasionada generalmente por las partiacuteculas metaacutelicas se ha asociado al calentamiento signi-ficativo tanto del medio como de las partiacuteculas mismas lo que dificulta su control Esta absorcioacuten da origen a fuerzas teacutermicas no deseadas que obedecen a la Ley de Stokes que describe la fuerza de friccioacuten que experimentan los objetos esfeacutericos mo-vieacutendose a velocidades bajas en un fluido expresada por

Figura 2 Diagrama esquemaacutetico de una partiacutecula bajo la influencia de la presioacuten de radiacioacuten

Inte

nsid

adEj

e de

pro

paga

cioacuten

del

haz

Partiacutecula

x

z

Fuerza de gradiente

Fuerza de esparcimiento



Fs = 6πRηυ donde R es el radio de curvatura de la partiacutecula esfeacuterica η es la viscosidad y υ es la velocidad

Es claro que la presioacuten de radiacioacuten estaacute compuesta por la resultante de una serie de fuerzas que afectan el desplazamien-to de la partiacutecula FT = Fgrad iexcl Fesp iexcl Fabs iexcl Fs iexcl Fiexcl y que fi-nalmente determina su movimiento cuya dependencia estaacute intriacutensecamente relacionada con las propiedades tanto del ma-terial como del medio La implementacioacuten praacutectica de este fe-noacutemeno teacutecnicamente hablando es concentrar una fuente de radiacioacuten como la de un laacuteser en un aacuterea en donde los mate-riales nanoestructurados podraacuten ser atrapados movidos o ma-nipulados Esta sencilla teacutecnica de depoacutesito de materiales na-noestructurados sobre fibras oacutepticas se ha desarrollado en nuestro laboratorio y puede ser uacutetil para la implementacioacuten de dispositivos de fibras oacutepticas como espejos divisores filtros absorbedores saturables etceacutetera

Depoacutesito de nanoestructuras sobre fibras oacutepticasUna fibra oacuteptica es un medio para transmitir luz por efectos de reflexioacuten total interna estaacute fabricada a base de un delgado hilo de vidrio compuesto por un nuacutecleo y un revestimiento con propiedades oacutepticas que generalmente no permiten filtrar mo-dular o detectar la luz por siacute solas a menos que se utilicen sis-temas externos que interactuacuteen con las fibras oacutepticas Por esta razoacuten en el laboratorio de fisicoquiacutemica de materiales del ICUAP se llevan a cabo estudios teoacutericos y experimentales so-

bre los procesos de siacutentesis y depoacutesito de materiales nanoes-tructurados sobre fibras oacutepticas usando fuentes de radiacioacuten coherente con la finalidad de obtener una oacuteptica integrada di-rectamente sobre las fibras

La configuracioacuten baacutesica del arreglo experimental propuesto para realizar depoacutesitos de nanomateriales sobre el nuacutecleo de una fibra oacuteptica se muestra en la figura 3 El arreglo consiste en un haz laacuteser transmitido a traveacutes de una fibra oacuteptica cuyo cono de radiacioacuten de salida es capaz de afectar la dinaacutemica de las partiacuteculas que queden bajo la influencia de la fuente de radia-cioacuten Suponiendo que una partiacutecula quede bajo los efectos de este cono de radiacioacuten la partiacutecula podraacute experimentar un movimiento hacia las zonas de mayor intensidad y en conse-cuencia hacia el nuacutecleo de la fibra siempre y cuando la fuerza de gradiente sea lo suficientemente intensa

Figura 3 Diagrama en que se muestra una partiacutecula bajo la influencia de un haz laacuteser transmitido a traveacutes de una fibra oacuteptica

Los resultados analiacuteticos de una nanopartiacutecula dieleacutectrica inmersa en una solucioacuten bajo la influencia de una fuente de radiacioacuten coherente emitida a traveacutes de una fibra han mostra-do que dentro del cono de luz generado por la emisioacuten existe una zona localizada en el centro donde la magnitud de la fuer-za iexclFz es maacutexima que disminuye hacia los extremos como se muestra en la figura 4 Es decir cuando una partiacutecula queda

bajo la influencia de una fuente de radiacioacuten podraacute experi-mentar un movimiento hacia las zonas de mayor intensidad desplazaacutendose hacia el centro del haz y al mismo tiempo hacia la direccioacuten de la fuente de emisioacuten que en este caso se en-cuentra localizada en el nuacutecleo de la fibra El resultado es la posibilidad de manipulacioacuten seleccioacuten y depoacutesito de partiacutecu-las mediante el efecto de la presioacuten de radiacioacuten de un laacuteser de fibra oacuteptica

Las fibras oacutepticas transmiten luz por

efectos de la reflexioacuten total

Fibra oacuteptica

Haz laacuteser Partiacutecula

X

w

y

a

Eje de propagacioacutenAna Luisa Soliacutes Gargollo Sontildeando Despierta fotografiacutea 2012 (detalle)


El arreglo experimental consiste en hacer propagar un haz a traveacutes de una fibra y sumergir la salida en una solucioacuten en la que previamente se hallan mezcladas las nanopartiacuteculas como se muestra en la figura 5 En el arreglo se utiliza un driver de control que es un sistema electroacutenico para estabilizar el laacuteser en corriente y temperatura ademaacutes de un controlador de pola-rizacioacuten para maximizar la transmisioacuten de potencia a la salida

Esta teacutecnica de depoacutesito ha sido empleada con eacutexito en for-ma experimental sobre fibras oacutepticas y se ha comprobado que no estaacute restringida a un solo tipo de materiales ni tampoco a

una morfologiacutea en particular ya que se han logrado realizar depoacutesitos de nanopartiacuteculas de oro zinc y hasta nanotubos de carbono y oacutexido de tungsteno (WO)

Los anaacutelisis de la morfologiacutea superficial de las nanoestruc-turas depositadas han sido realizados con microscopia de ba-rrido electroacutenico (SEM) oacuteptica y de fuerza atoacutemica (AFM) Un SEM es un microscopio que permite obtener imaacutegenes de alta resolucioacuten utilizando un haz de electrones para formar una imagen a traveacutes de una computadora Un microscopio oacuteptico estaacute basado en la formacioacuten de imaacutegenes a traveacutes de una fuente de iluminacioacuten y el empleo de lentes y un AFM es el tipo de microscopio que se usa para monitorear la morfologiacutea superfi-cial o topografiacutea de un objeto su funcionamiento se basa en el movimiento mecaacutenico de una punta o cantileacutever que interac-tuacutea con la superficie de una muestra similar al funcionamiento de un tocadiscos

En la figura 6 se muestra una serie de imaacutegenes de la morfo-logiacutea obtenida de las fibras oacutepticas vistas de frente de algunos materiales que se han logrado depositar En las figuras 6a y d se observan imaacutegenes de una fibra sin depoacutesito obtenida a traveacutes del SEM y el microscopio oacuteptico respectivamente en el que se observa la ausencia de materiales depositados En las figuras 6b y e se muestran las imaacutegenes del SEM de una fibra con de-poacutesitos de nanoesferas de oro y la imagen del microscopio oacutep-tico de una fibra con nanoesferas de zinc respectivamente los resultados obtenidos se llevaron a cabo usando una fuente in-frarroja a baja potencia comprendida entre 5-10 mW En las figuras 6c y f se muestran las imaacutegenes del SEM de una fibra

Figura 4 Distribucioacuten de la fuerza transversal que experimenta una nanopartiacutecula dieleacutectrica por efectos de la radiacioacuten del haz transmitido a traveacutes de una fibra oacuteptica

Figura 5 Arreglo experimental para el proceso de depoacutesito de nanoestructuras sobre una fibra oacuteptica con una fuente de radiacioacuten infrarroja

La radiacioacuten laacuteser afecta la dinaacutemica de las

partiacuteculas

4

44

2

22

0

0 0

iexcl2

iexcl2

iexcl4

iexcl4 iexcl4

iexcl6

iexcl8

iexcl10

Driver

Laacuteser

Solucioacuten Partiacuteculas

CP



con depoacutesitos de nanoesferas de WO y la imagen oacuteptica de una fibra con nanoesferas de oro respectivamente los resultados obtenidos se llevaron a cabo usando una fuente infrarroja y potencias de aproximadamente 100 mW Finalmente en la fi-gura 6g se muestra la imagen obtenida con el AFM de la mues-tra 6e en el que se observa una imagen maacutes detallada de la distribucioacuten radial del nuacutecleo de la fibra con las nanoesferas de zinc depositadas

Esta teacutecnica puede ser utilizada para la integracioacuten de dis-positivos implementados directamente sobre fibras oacutepticas mediante la manipulacioacuten con base en la presioacuten generada por medio de un laacuteser y es un sistema faacutecil y de bajo costo para el desarrollo de espejos divisores filtros y absorbedores satura-bles entre otros

ConclusionesLa interaccioacuten de la luz con nuestro entorno ha dejado de ser un elemento maacutegico o misterioso para convertirse en un fenoacute-meno con determinadas caracteriacutesticas fiacutesicas cuyo origen puede ser explicado con base en los efectos que se pueden pre-decir para explorar nuevos mundos que giran en torno a lo pequentildeo Si bien no se ha dicho todo acerca de la luz se ha lo-grado conocer mejor el fenoacutemeno oacuteptico y se ha profundizado en el conocimiento referente a la interaccioacuten de la luz y la ma-teria lo que ampliacutea el espectro de aplicaciones de la oacuteptica Aunque el propoacutesito de este artiacuteculo es motivar al lector intere-sado en el tema del depoacutesito de peliacuteculas delgadas mediante la

presioacuten de radiacioacuten se ha tratado desde un punto de vista muy general aunque puede haber sorpresas y seguramente el futuro nos tiene reservados nuevos descubrimientos interesan-tes en torno de la luz

Bibliografiacutea1 DW Ball ldquoThe Baseline Light Particle or Waverdquo Spectrosco-py 21 (2006) 30-332 M Mansuripur ldquoRadiation Pressure and the Linear Momen-tum of the Electromagnetic Fielrdquo Optics Express 12 (2004) 5375-54013 L Hernaacutendez ldquoA medio siglo de la construccioacuten del primer laacuteserrdquo Revista Cubana de Fiacutesica 28 (2011) 73-764 N Bloembergen ldquoPhysical Review Records the Birth of the Laser Erardquo Physics Today 46 (1993) 28-315 A Ashkin Optical Trapping and Manipulation of Neutral Par-ticles Using Lasers World Scientific Singapur 20066 Y Harada y Toshimitsu Asakura ldquoRadiation Forces on a Die-lectric Sphere in the Rayleigh Scattering Regimerdquo Optics Com-munications 124 (1996) 529-541

Figura 6 a b c) Imaacutegenes del SEM para una fibra sin depoacutesito con nanopartiacuteculas de oro y de WO respectivamente d e f) Imaacutegenes del microscopio oacuteptico de una fibra sin depoacutesito con nanopartiacuteculas de zinc y oro respectivamente g) Imagen del AFM de las nanopartiacuteculas de zinc mostradas en e

Los anaacutelisis se realizan con microscopia de

barrido electroacutenico


Materiales Avanzados 2012 1

Continuando con el propoacutesito de nuestra revista que es el de dar a conocer algunas de las investigaciones que se realizan en el marco de la ciencia e ingenieriacutea de materiales les presentamos nuestro nuacutemero 19 que incluye artiacuteculos que como ya es habitual re-sumen trabajos relacionados con los materiales que interesan en aacutereas muy diferentes de la ciencia

En este nuacutemero de Materiales AvanZados se presentan cinco artiacuteculos Uno de ellos estaacute dedicado a mencionar las propiedades baacutesicas y sobre todo las aplicaciones maacutes recientes y las previstas para el futuro de un material muy interesante el grafeno En otro ensayo nuestros colegas hablan de un tema muy actual las celdas solares por supuesto que trataacutendose de nuestra revista el artiacuteculo estaacute enfocado a los materiales maacutes novedosos involucrados en este tema Un texto maacutes presenta las alianzas posibles entre materiales hospedadores y materiales hueacutespedes para formar los nuevos ma-teriales hiacutebridos que la industria meacutedica reclama actualmente Para nuestros lectores interesados en las nanoestructuras incluimos un artiacuteculo que describe un meacutetodo novedoso para hacer crecer na-noestructuras sobre fibras oacutepticas mediante la presioacuten de radiacioacuten Y ya que estamos en el tema de las nanoestructuras les presentamos un artiacuteculo que se puede tomar como una reflexioacuten sobre el uso de los nanomateriales y sus consecuencias

Materiales AvanZados se elabora gracias a la participacioacuten de to-dos los autores que escriben sobre sus investigaciones y a los miem-bros del Comiteacute Editorial pero tambieacuten es invaluable el trabajo de nuestros revisores y amigos que nos apoyan incondicionalmente Gracias a todos por su participacioacuten

Presentacioacuten

















contenido














1 Presentacioacuten


4 Noticias
































hv = 340 nm

FRET

hv = 651 nm

Py

P

Py

Py

Py





Supersoacutelidos



a) b)

NH

NHO O O

O

N

NNH

NHO O

O

O

O O

O

O

N

N










































CONVOCA

















Tesis














CONVOCA


















Tesis


lardonadas


































a)

b)c) d)


10

iexcl5iexcl1

iexcl2

iexcl2iexcl1

21

0 01 2

5

0

KyKx

EF

E(K)



h4e2



s106mvF = 1 x
















UNAM

GS

a)

b)

d)

c)





IGIS

C = 1




adhesiva


16

12

14

10

8

6

4

2

00 20 40 60 80

4 capas (1082 )

3 capas (892 )

2 capas (652 )

grafeno (357 )

Nuacutem de muestra

Con

tras

te (

)





vidrio







a)

c)

s G luz blanca


ansm

itanc

ia (

)

620 nm905 nm

0000

3

21

5

100

0 2 4 6 8 10 12

90

80

70

60

50

40

6

4


5 capas de grafeno

100

60

80

40

90

50

70

30

11 capas de grafeno

200 600 1000400 800 1200

Tran

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()


b)









60

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10

8

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2

0

2

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200 100 150 200 250 300 35050

Tem

pera

tura

(degC

)

Volta

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]

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102

103

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e

0015V

001 01

00314V32

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e (A

)

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0

1

2

26 28 30 32 34 36 38

3

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5

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6H-SiCZnO

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zafir

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de la

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35

30

20

40

25

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16 12 08 04 00 04 06 08 1002

05

00

Ener

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)

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nsid

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)




350 400 450 500 550 650 650 700














Foacutermula[MII

1xMIII

x(OH)2]x+(An)

xnmH

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d = 447 nme = 048 nm

d e












FurondashHDL MgAl

Superdesintegrante

Lactosa

151 nm

103 nm









selectivamente














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faacutebricas


reciclar

medio ambiente

medio ambiente










cfelipe98gmailcom




IMRC 2012

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contenido














1 Presentacioacuten


4 Noticias
































hv = 340 nm

FRET

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Supersoacutelidos



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UNAM

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IGIS

C = 1




adhesiva


16

12

14

10

8

6

4

2

00 20 40 60 80

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Con

tras

te (

)





vidrio







a)

c)

s G luz blanca


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)

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3

21

5

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60

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smita

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()


b)









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2

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7

A1N


GaN

6H-SiCZnO

InN

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ibid

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GaInP



GaAs

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RHEED













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(111) Si

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nsid

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Superdesintegrante

Lactosa

151 nm

103 nm









selectivamente














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reciclar

medio ambiente

medio ambiente










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IMRC 2012

XXI
























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y

a











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4

44

2

22

0

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iexcl2

iexcl4

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1 Presentacioacuten


4 Noticias
































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P

Py

Py

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O

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NNH

NHO O

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O

O O

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O

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Tesis














CONVOCA


















Tesis


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10

iexcl5iexcl1

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21

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EF

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UNAM

GS

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16

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te (

)





vidrio







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3

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GaAs

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RHEED













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XXI
























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P

Py

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)





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a)

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XXI
























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vidrio







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XXI
























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XXI
























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4

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16

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2O










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Lactosa

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selectivamente














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reciclar

medio ambiente

medio ambiente










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XXI
























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EF

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GS

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)





vidrio







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16 12 08 04 00 04 06 08 1002

05

00

Ener

giacutea

(eV

)

GaInP



GaAs

Ge










RHEED













SiN amorfo

(111) Si

(0001) α-GaN









Cantildeoacuten RED


Brazo portasustrato














Flujoacutemetro









Inte

nsid

ad d

e FL

(ua

)




350 400 450 500 550 650 650 700














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1xMIII

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2O










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Superdesintegrante

Lactosa

151 nm

103 nm









selectivamente














a) b)





mjmartinezipnmx




















faacutebricas


reciclar

medio ambiente

medio ambiente










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XXI
























cnFesp ltSgt k4

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ε0α´´(ω) (3)




Inte

nsid

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e de

pro

paga

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del

haz

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x

z

Fuerza de gradiente














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X

w

y

a











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4

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2

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0

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Driver

Laacuteser


CP






































a)

b)c) d)


10

iexcl5iexcl1

iexcl2

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0 01 2

5

0

KyKx

EF

E(K)



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UNAM

GS

a)

b)

d)

c)





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4

2

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Con

tras

te (

)





vidrio







a)

c)

s G luz blanca


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ia (

)

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3

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smita

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()


b)









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je [V

]

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e

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GaN

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GaInP



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Cantildeoacuten RED


Brazo portasustrato














Flujoacutemetro









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FurondashHDL MgAl

Superdesintegrante

Lactosa

151 nm

103 nm









selectivamente














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Foacutermula[MII

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Nuacutem de muestra

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d = 447 nme = 048 nm

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FurondashHDL MgAl

Superdesintegrante

Lactosa

151 nm

103 nm









selectivamente














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faacutebricas


reciclar

medio ambiente

medio ambiente










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XXI
























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x

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80

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60

50

40

6

4


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100

60

80

40

90

50

70

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Tem

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)

Volta

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]

Tiempo (s)

102

103

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)

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XXI
























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