MATERIA: NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍA I. Competencias del curso Proporcionar al estudiante las herramientas necesarias para realizar investigación en nanotecnología. Al finalizar este curso el alumno tendrá un conocimiento sólido sobre la producción, caracterización y aplicaciones de materiales y dispositivos para uso en nanotecnología. Asimismo, se mostrarán aplicaciones recientes de nuevas tecnologías utilizando materiales nanoestructurados que comprenden principalmente moléculas, materiales moleculares, polímeros, cerámicos y metales. II. Competencias transversales genéricas Capacidad de análisis y síntesis. Capacidad de organización y planificación. Trabajo en equipo interdisciplinar. Adaptación a nuevos entornos. Compromiso socio-económico. Interés medioambiental. III. Métodos de evaluación La evaluación del desempeño de los alumnos, será continua, formativa e integral; y se llevará a cabo cuando éstos realicen las diferentes actividades previstas en la planificación. Se evaluará el desempeño de los alumnos en base a los siguientes criterios: - Examen de conocimientos. - Tareas. - Trabajos. - Participación grupal e individual. - Exposición de temas. 1-5
IV. Temario UNIDAD TEMA DURACIÓN (Hrs.) I INTRODUCCIÓN 2 1.1 Conceptos básicos. Definiciones. Diferentes escalas. Comparaciones. II INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA DEL ESTADO SÓLIDO 2 2.1 Estructura. Propiedades dependientes del tamaño. Estructuras cristalinas. 2.2 Nanopartículas cúbicas. Estructuras semiconductoras. Vibraciones de red. III MÉTODOS DE MEDICIÓN DE PROPIEDADES 4 3.1 Introducción. 3.2 Estructura. 3.3 Estructuras atómicas. Cristalografía. 3.4 Determinación del tamaño de las partículas. 3.5 Microscopía. Microscopía de transmisión electrónica. 3.6 Microscopía de campo iónico. Microscopía de barrido. Espectroscopia. 3.7 Espectroscopia infrarroja y Raman. 3.8 Espectroscopia de fotoemisión y rayos X. 3.9 Resonancia magnética. IV PROPIEDADES DE NANOPARTÍCULAS INDIVIDUALES 4.1Nanocúmulos metálicos. 4.2 Números mágicos. 4.3 Modelado teórico de nanopartículas. Estructura geométrica. 4.4 Estructura electrónica. 4.5 Reactividad. 4.6 Cúmulos magnéticos. 4.7 Nanotransiciones. 4.8 Nanopartículas semiconductoras. 4.9 Propiedades ópticas. 4.10 Fotofragmentación. 4.11 Explosión coulombica. 4.12 Agregados moleculares y de gases raros. 4.13 Agregados de gases inertes. 4.14 Agregados superfluitos. 4.15 Cúmulos moleculares. 4.16 Métodos de síntesis. 4.17 Plasma. 4.18 Métodos químicos. 4.19 Termólisis. 4.20 Métodos de pulsión de láser. 5 2-5
NANOESTRUCTURAS DE CARBONO 5.1 Introducción. 5.2 Moléculas de carbono. 5.3 Naturaleza del enlace de carbono. 5.4 Nuevas estructuras de carbono. Cúmulos de carbono. 5.5 Pequeños agregados de carbono. Descubrimiento del C60. 5.6 Estructura del C60 y sus cristales. C60 dopado con elementos alcalinos. 5.7 Superconductivad en C60. 5.8 Fullerenos grandes y pequeños. Otros fullerenos. 5.9 Nanotubos de carbono. 5.10 Fabricación. Estructura. 5.11 Propiedades eléctricas. 5.12 Propiedades vibracionales. 5.13 Propiedades mecánicas. 5.14 Aplicaciones de los nanotubos de carbono. Emisión de campo y apantallamiento. 5.15 Computadoras. 5.16 Celdas de combustible. 5.17 Sensores químicos. 5.18 Catálisis. 5.19 Reforzamiento mecánico. MATERIALES NANOESTRUCTURADOS 6.1 Nanoestructuras sólidas desordenadas. 6.2 Métodos de síntesis. 6.3 Mecanismos de falla de materiales convencionales. 6.4 Propiedades mecánicas. Multicapas nanoestructuradas. 6.5 Propiedades eléctricas. Otras propiedades. 6.8 Nanocompósitos vítreos. Sílice porosa. 6.9 Cristales nanoestructurados. Nanocristales naturales. 6.10 Predicción computacional de redes de agregados. 6.11 Arreglos de nanopartículas en zeolitas. 6.12 Cristales de nanopartículas metálicas. 6.13 Redes de nanopartículas en suspensiones coloidales. 6.14 Cristales fotónicos. FERROMAGNETISMO NANOESTRUCTURADO 7.1 Bases del ferromagnetismo. 7.2 Efecto de la nanoestructura en las propiedades magnéticas. Dinámica de los nanomagnetos. 7.3 Nanoporos conteniendo partículas magnéticas. 7.4 Nanoferromagnetos de carbono. 7.5 Magnetorresistencia. 7.6 Ferrofluidos. 3-5
ESPECTROSCOPÍA ÓPTICA Y VIBRACIONAL 8.1 Rango de la frecuencia de infrarrojo. 8.2 Espectroscopia de semiconductores. 8.3 Espectroscopia superficial de infrarrojo. 8.4 Espectroscopia Raman. 8.5 Espectroscopia de Brillouin. 8.6 Luminiscencia. Fotoluminiscencia. Estados superficiales. 8.7 Termoluminiscencia. 8.8 Nanoestructuras en cajas zeolíticas. ALAMBRES MOLECULARES Y PUNTOS CUÁNTICOS 9.1 Preparación de nanoestructuras cuánticas. 9.2 Efectos del tamaño y dimensionalidad. 9.3 Efectos del tamaño. 9.4 Conducción de electrones y dimensionalidad. 9.5 Gas de Fermi y densidad de estados. 9.6 Pozos de potencial. 9.7 Confinamiento de partículas. 9.8 Dependencia de las propiedades de la densidad de estados. 9.10 Excitones. 9.11Tuneleo de electrones. 9.12 Aplicaciones. 9.13 Detectores infrarrojos. 9.14 Láseres de puntos cuánticos. 9.15 Superconductividad. AUTOENSAMBLAJE Y CATÁLISIS 10.1 Autoesamblaje. 10.2 Procesos de autoensamblaje. 10.3 Islas de semiconductores. 10.4 Monocapas. 10.5 Catálisis. 10.6 Naturaleza de la catálisis. 10.7Area superficial de nanopartículas. 10.8 Materiales porosos. 10.9 Arcillas Coloides. COMPUESTOS ORGÁNICOS Y POLÍMEROS 11.1 Formación y caracterización de polímeros. 11.2 Polimerización. 11.3 Tamaños de los polímeros. 11.4 Nanocristales. 11.5 Tipos de anillos condensados. 11.6Tipos de pol idiacetileno. Polímeros. 11.7Polímeros conductores. 11.8 Copolímeros de bloque. 11.9 Estructuras supramoleculas. 11.10 Tipos de transición mediqada por emtales. Moléculas dendríticas. 4-5
11.11 Dendrímeros supramoleculares. 11.12 Micelas. MATERIALES BIOLÓGICOS 12.1 Bloques biológicos. 12.2 Tamaños de los bloques biológicos y nanoestructuras. 12.3 Nanoalambres pol ipeptídicos y nanopartículas proteínicas. 12.4 Acidos nucleicos. Nanoalambres de ADN. 12.5 Código genético y síntesis de proteínas. 12.6 Nanoestructuras biológicas. 12.7 Ejemplos de proteínas. Micelas y vesículas. Películas multicapa. NANOMÁQUINAS Y NANODISPOSITIVOS 13.1 Sistemas microelectromecánicos (MEMSs). 13.2 Sistemas nanoelectromecánicos (NEMSs). 13.3 Fabricación. 13.4 Nanodispositivos y nanomáquinas. 13.5 Conmutadores moleculares y supramoleculares. TOTAL 48 V. Bibliografía Introduction to Nanotechnology, C.P. Poole Jr. Y F.J. Owens, John Wiley & Sons Nanobiotechnology: Concepts, Applications and Perspectives, C.M. Niemeyer and C.A. Mirkin (Eds), Wiley-VCH Nanochemestry: A chemical Approach to Nanomaterials, Geoffrey A. Ozin and André, C. Arsenault, RSCPublishing 5-5