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Presentación

En la línea se aborda principalmente el estudio de las propiedades ópticas y eléctricas de estructuras semiconductoras de dimensiones reducidas para el desarrollo de: biomarcadores, nanoestructuras semiconductoras porosas y materiales multifuncionales para aplicaciones en energías limpias renovables y sustentables empleando técnicas de química verde y eco diseño. Así como la síntesis y ensamble de materiales semiconductores de los grupos III-V y II-VI mediante rutas alternativas, que permiten el control detallado de sus propiedades.

Desde la creación de los programas de posgrado de la UPIITA, la planta académica se ha ido incrementado con la incorporación de nuevos investigadores que han enriquecido y diversificado los campos de generación del conocimiento, teniendo una nueva y alta vinculación con otras instituciones académicas. Esta vinculación se ha llevado a cabo a través de colaboraciones científicas y tecnológicas a través de proyectos de investigación y/o codirecciones de tesis.

Consideramos que una de las principales estrategias para hacer crecer al Programa de Doctorado en Tecnología Avanzada, ha sido la creación y fortalecimiento de las líneas de investigación en los campos de investigación donde el núcleo de profesores tiene sus mayores fortalezas y que sean una continuación de los proyectos y programas de estudio de la UPIITA. Caso especial es la Ciencia e Ingeniería de Nanomateriales, dónde se aborda el diseño, la síntesis y la aplicación de materiales de baja dimensionalidad para la comprensión fundamental de las relaciones entre sus propiedades con las dimensiones de los materiales para su potencial aplicación en diversos sectores.

La habilidad para manipular controladamente la materia a nivel atómico, molecular y macromolecular que ofrece la nanotecnología, posibilitan la generación de nuevos materiales y técnicas que poseen propiedades únicas y oportunidades sin precedentes Estas nuevas propiedades pueden ser aprovechadas en nuevas y diversas aplicaciones. Así, con las técnicas de la nanotecnología se pueden explotar y crear materiales, componentes, dispositivos y sistemas con propiedades específicamente diseñadas para potenciales usos de manera específica.

La ciencia e ingeniería de materiales de baja dimensionalidad toma como base el desarrollo de nuevos materiales para trabajar en (a) la síntesis y el procesamiento de los materiales de baja dimensionalidad, (b) la comprensión de las propiedades fisicoquímicas relacionadas con la escala submicrónica, (c) el diseño y la fabricación de nano-dispositivos o dispositivos con los nano y micromateriales como bloques de construcción, y (d) el diseño y la construcción de nuevas herramientas para la síntesis y caracterización de nanoestructuras y nanomateriales. Al controlar el tamaño deseado, la morfología y microestructura cristalina y la composición química de los materiales de baja dimensionalidad, es posible obtener nuevos materiales y materiales híbridos con potenciales aplicaciones tecnológicas. Por lo tanto, nuestras direcciones principales de investigación están relacionadas con líneas de trabajo y/o generación del conocimiento que son congruentes con los objetivos del programa.

Líneas de trabajo

Síntesis de nanocristales semiconductores de los grupos III-V y II-VI.

La síntesis por la ruta coloidal es sin duda uno de los métodos más simples y reproducibles, el cual es capaz de preparar nanopartículas semiconductoras con control de tamaño, forma, composición, estructura y homogeneidad. En particular se trabaja en la síntesis por la ruta coloidal nanopartículas de ZnO, InP y heteroestructuras núcleo /coraza de ZnO/OG y InP@ZnS. Así como el estudio de las propiedades ópticas, estructurales y eléctricas en función de los diferentes parámetros experimentales. Además, se realiza la síntesis de nanocristales del grupo II-VI de diversos materiales mediante varios métodos de síntesis.

Puntos cuánticos semiconductores para la obtención de biomarcadores.

Se realiza el estudio de las propiedades ópticas, estructurales y eléctricas a partir de la bioconjugación de puntos cuánticos del grupo II-VI con anticuerpos específicos. Se analizan sus propiedades por métodos ópticos (Raman y/o fotoluminiscencia) de puntos cuánticos tipo núcleo/coraza del grupo II-VI (CdSe/ZnS, CdTeSe/ZnS) sin y con bioconjugación con anticuerpos.

Materiales multifuncionales de baja dimensionalidad para aplicaciones en energías limpias, renovables y sustentables.

Energías alternas: Diseño, síntesis, caracterización y evaluación de materiales que tengan aplicaciones en conversión de energía, en particular para dispositivos fotocatalíticos y de separación de agua para producción de hidrógeno. Bioenergéticos: Materiales para la catálisis básica heterogénea en la producción de biocombustibles y productos de valor agregado.

Eficiencia energética: Materiales conductores iónicos (Li+) para aplicaciones en baterías de ion Li, electrolitos y supercapacitores. Ambiental: Materiales cerámicos para la captura de CO2, con la finalidad de obtener productos de valor agregado.

Síntesis de materiales sustentables de baja dimensionalidad por medio de diversas técnicas de la química verde y de eco-diseño.

El desarrollo de distintos métodos de síntesis con base en métodos alternos de la química verde permitirá controlar a medida el material final de acuerdo a las aplicaciones. Algunas de las técnicas que se manejan son: estado sólido, sol-gel, rocío químico hidrotermal y solvotermal, molienda reactiva, métodos alternos asistidos por microondas, infrarrojo y sonoquímica, entre otros.

Además, los materiales compuestos o híbridos, orgánicos-inorgánicos, como los nanocompuestos poliméricos y la síntesis de nanopartículas también son de interés para diversas aplicaciones. Los nanocompuestos son una combinación de dos o más fases de diferentes composiciones o estructuras donde al menos una de estas fases está en escala nanométrica. En esta área se estudia la síntesis de diversas nanopartículas con diversas morfologías (fibras, esferas, ciclos, entre otros.), las cuales pueden ser embebidas en matrices poliméricas. Por tanto, se evalúa por un lado la síntesis de las nanopartículas como el grado de compatibilidad entre la matriz polimérica y por otro las nanopartículas con morfologías y tamaños controlados, generando la investigación en la preparación de sistemas híbridos orgánico-inorgánico para diversas aplicaciones.

La propuesta de esta línea tiene como finalidad realizar investigación, desarrollo e innovación de nanopartículas semiconductoras, cerámicas, compuestos en las áreas de materiales multifuncionales, medio ambiente y energía, desde una perspectiva de la Química Verde y la Ciencia de los Materiales.

 

Objetivo

El objetivo de esta línea es la formación de capital humano de alto nivel en el campo de materiales de baja dimensionalidad con diversas aplicaciones, capaces de realizar investigación, que contribuyan al desarrollo de la ciencia y la tecnología, para coadyuvar a la identificación y solución de diversas problemáticas del país.

  • Desarrollar la tecnología para obtener nanocristales semiconductores del grupo III-V como InP y nanoestructuras de InP/ZnS por la ruta coloidal .Con un control de tamaños (de 1 a 10 nm).
  • Estudiar las propiedades ópticas, estructurales y de composición de los NCS utilizando las técnicas de caracterización de TEM, HREM, HAADF, XRD, Espectroscopía Raman, XPS y SEM. Con el fin de establecer la correlación existente entre sus propiedades con los parámetros de crecimiento.
  • Funcionalizar la superficie de los NCs con diferentes grupos terminales para estudiar su biocompatibilidad y aplicarlos como sensores con características fluorescentes.
  • Sintetizar y caracterizar estructuras de baja dimensionalidad de óxidos semiconductores del grupo II –VI como Nanoalambres, Nanocolumnas, Nanohojas, Nanotetrápodos y puntos cuánticos fundamentalmente de ZnO dopados con elementos metálicos y tierras raras con la finalidad de incrementar sus propiedades de emisión y potencialmente ser aplicados dentro de la optoelectrónica.
  • Diseñar y sintetizar materiales apegándose a los métodos de la química verde, para caracterizar y evaluar las propiedades y las aplicaciones de diversos materiales de baja dimensionalidad, con tamaños y morfologías controladas.

Personal académico

Los profesores participantes de la línea en el núcleo académico básico de UPIITA son: 

Profesores invitados son:

Campos del conocimiento

  • La síntesis de materiales semiconductores del grupo III-V con dimensionalidad reducida (consideramos que es una de nuestras fortalezas ya que hasta donde sabemos ningún otro grupo en el país han sintetizado estos materiales por la ruta coloidal con la calidad, diversidad y las aplicaciones que nuestro grupo).
  • La síntesis de materiales semiconductores del grupo II–VI con dimensionalidad reducida es otra de nuestras fortalezas, ya que permite la elaboración de materiales mediante rutas alternativas de química verde, sin surfactantes y sin productos secundarios de reacción. Por lo que se tienen materiales con purezas del 99.99% con rutas de bajo costo.
  • La caracterización fototérmica de semiconductores nanoestructurados.
  • Caracterización óptica y estructural de nano estructuras.
  • Modelado fenomenológico de estructuras y materiales semiconductores de dimensionalidad reducida.
  • Diseño, síntesis, caracterización y evaluación de materiales multifuncionales para aplicaciones en energías limpias, renovables y sustentables.